Adição de Preparado Enzimático Durante Choques de Gordura...

Adição de Preparado Enzimático Durante Choques de Gordura

em Lodos Ativados Tratando Efluente de Laticínio

Fernanda Ribeiro do Carmo Damasceno

Escola de Química/UFRJ –

Dissertação de Mestrado

Profª. Magali Christe Cammarota, D. Sc

Profa. Denise Maria Guimarães Freire, D. Sc.

Rio de Janeiro/2007

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Adição de Preparado Enzimático Durante Choques de Gordura

em Lodos Ativados Tratando Efluente de Laticínio

Fernanda Ribeiro do Carmo Damasceno

Dissertação submetida ao corpo docente da Escola de Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ, como parte dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre. Aprovada por:

_______________________________________

Profa. Magali Christe Cammarota, D.Sc.

orientadora

______________________________________

Profa. Denise Maria Guimarães Freire, D. Sc.

orientadora

______________________________________ Prof. Geraldo Lippel Sant’Anna Jr., Dr. Ing. _______________________________________ Profa. Lídia Yokoyama, D. Sc. _______________________________________ Profa. Selma Gomes Ferreira Leite, D. Sc.

Rio de Janeiro

Março/2007

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Damasceno, Fernanda Ribeiro do Carmo Adição de preparado enzimático durante choques de gordura em lodos ativados tratando efluente de laticínio/ Fernanda Ribeiro do Carmo Damasceno – Rio de Janeiro, 2007.

xiii, 106 p.

Dissertação (Mestrado em Processos Químicos e Bioquímicos) – Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ, Escola de Química, 2007. Orientadoras: Magali Christe Cammarota e Denise Maria Guimarães Freire

iv

Santo Anjo do Senhor, meu zeloso guardador!

Já que a ti me confiou a piedade divina,

sempre me rege, guarda, governa, ilumina.

Amém

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DEDICATÓRIA

À minha princesinha Giovana e ao meu esposo

Ricardo, que souberam entender minha ausência e me

deram todo incentivo para que pudesse concluir este

trabalho. E aos meus pais Nildo e Janice, pelo exemplo de

humildade e perseverança. Amo muito vocês!

vi

AGRADECIMENTOS

Ao Senhor, meu Deus, pela força, saúde e oportunidade concebida.

Às minhas orientadoras Magali e Denise, pelo incentivo e atenção dispensadas durante

o desenvolvimento deste trabalho, agradeço pela confiança e paciência.

Ao meu esposo, pela paciência e dedicação, pelo exemplo de força nas horas mais

difíceis que passamos juntos, pela amizade e palavras animadoras.

À minha filha, pelos momentos de carinho inocente, pelo seu sorriso e sua saúde.

Giovaninha, a mamãe te ama mais que tudo! Razão da minha vida!

À minha família, meus pais e minhas irmãs Juliana e Adriana, pela atenção e carinho

dispensados mesmo que distante, e ao Matheus (“Teteu”), meu filhinho de coração, por

ser esta criança doce e feliz.

Aos meus sogros, Hélio e Cidinha, pelo apoio e pelas orações, e aos meus cunhados

Paula e Leonardo, por todo suporte, ajuda, amizade, carinho, e principalmente pelos

conselhos.

À Suzana, pelo conhecimento transmitido, pela confiança em mim depositada, pelos

momentos alegres, e por ter se tornado uma amiga muito especial.

Ao José Carlos, pelo auxílio nas análises laboratoriais e na parte computacional, pelo

seu compromisso e presteza, o que fez ser um grande amigo.

À Alessandra, por ter sido paciente me passando todo conhecimento, principalmente no

que se refere à produção enzimática.

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Aos colegas do Laboratório de Tecnologia Ambiental da Escola de Química, Ana

Cláudia, Ana Isabel, Angélica, Cristina, Dani Rosa, dona Ednéia, Ingrid, Juliana, Kally,

Larissa, Marcelle, Nina, Rafaelle e Sandro, por deixarem alegre o ambiente de trabalho.

Aos colegas do Laboratório de Tecnologia Enzimática do Instituto de Química, Carol,

Elisa, Mateus, Luiz Fernando, Luciana, Rodrigo, por toda ajuda, em especial à Melissa,

pelo auxílio na análise estatística.

À Priscila e a Yovanka, pela ajuda na obtenção das imagens microscópicas do lodo e à

Profa. Maria Alice Zarur Coelho, pelo empréstimo do microscópio.

A todos os professores da Escola de Química, pela colaboração, em especial à Prof.ª

Érika C. Ashton Nunes Chrisman e suas orientadas Príscila e Elisandra, que se tornaram

grandes amigas.

Aos professores membros da banca, pelo aceite do convite.

E a todos os colegas e amigos que de alguma forma contribuíram para o

desenvolvimento desta pesquisa.

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RESUMO

DAMASCENO, Fernanda Ribeiro do Carmo. Adição de preparado enzimático durante choques de gordura em lodos ativados tratando efluente de laticínio. Orientadoras: Magali Christe Cammarota e Denise Maria Guimarães Freire. Rio de Janeiro: EQ/UFRJ, 2007. Dissertação (Mestrado em Processos Químicos e Bioquímicos).

Águas residuárias geradas em laticínios são comumente tratadas em sistemas de

lodos ativados, que podem apresentar inúmeros problemas operacionais devido aos

elevados teores de gordura desses efluentes. A aplicação de “pools” enzimáticos, ricos

em lipases, nesses sistemas de tratamento pode ser uma alternativa interessante para se

evitar os problemas operacionais. No entanto, apesar do uso de enzimas em processos

industriais vir crescendo, inclusive no tratamento de efluentes, esta ainda se constitui

uma alternativa de custo elevado. A eficiência de um preparado enzimático bruto (PES),

rico em lipase, produzido pelo fungo Penicillium restrictum por fermentação em meio

sólido a partir de rejeitos agro-industriais, foi comprovada em lodos ativados operando

sob regime contínuo com teores de até 800 mg O&G/L. Infelizmente, mesmo

considerando o baixo custo do PES, sua adição contínua ao sistema de tratamento

implica em elevados custos de produção “in situ” e/ou de armazenagem. Portanto, para

viabilizar a aplicação de enzimas no tratamento de efluentes, uma alternativa seria sua

adição somente em situações emergenciais, como no caso de aumentos bruscos do teor

de gordura na alimentação dos biorreatores. Dois sistemas idênticos de lodos ativados

operaram durante 310 dias recebendo efluente semi-sintético de laticínios (com baixo

teor de gordura) e, temporariamente, altas concentrações de gordura (choques de 1200

mgO&G/L). A um dos biorreatores (Teste) foi adicionado o PES (0,1% m/v) no

momento dos choques. Os resultados mostraram que, apesar do biorreator Teste

apresentar pequeno acréscimo na remoção média de DQOT (83% para o Controle e 90%

para o Teste), o acúmulo de gordura nos flocos biológicos foi 3,24 vezes menor do que

no biorreator Controle, apresentando também menores valores de turbidez no efluente

tratado (123 FTU no Controle e 66 FTU no Teste) e menor tempo de recuperação,

principalmente quando os intervalos entre os choques foram menores que trinta dias

(quinzenais e semanais).

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ABSTRACT DAMASCENO, Fernanda Ribeiro do Carmo. Addition of enzymatic preparation during fat shocks in activated sludge systems treating dairy wastewater. Advisors: Magali Christe Cammarota and Denise Maria Guimarães Freire. Rio de Janeiro: EQ/UFRJ, 2007. M.Sc. Dissertation (Mestrado em Processos Químicos e Bioquímicos).

Wastewaters from dairies are generally treated on activated sludge systems that

may present various operational problems due to high fat content of these effluents.

Application of lipase-rich enzyme pools to these systems can be an interesting strategy

to prevent operational problems. Although the use of enzymes in industrial processes is

in the increase, including wastewaters treatment, this strategy represents a high cost

alternative. The efficiency of a crude solid enzymatic preparation (SEP) obtained from

Penicillium restrictum solid-state fermentation of agro-industrial wastes was tested on

activated sludge systems. Operation was performed under continuous regimen with

levels of up to 800 mg O&G/L. Although SEP involves a low cost, its continuous

addition to the treatment system is expensive when “in situ” production and/or storage

are concerned. Therefore, feasible application of these enzyme preparations in the fatty

wastewaters treatment would only be justifiable as an emergency measure, as in the case

of a sudden increase in fat content of the bioreactor feeding (fat overloads). The present

study involved two identical systems of activated sludge operated during 310 days.

Either system received semi-synthetic effluent from dairy industry with low fat content,

occasionally fed with high fat concentrations (shocks with 1200 mgO&G/L). One of the

bioreactors (Test) was fed with SEP (0.1% w/v) at the moment of the shocks. The

results showed that, although the Test bioreactor has presented a slightly higher average

CODT removal efficiency when compared to the Control bioreactor (83% for Control

and 90% for the Test), the ratio of fat accumulation as biological flocks was 3.24 times

lower than that of the Control bioreactor. Test bioreactor has also displayed lower

turbidity levels within the effluent (123 and 66 FTU in the Control and Test,

respectively) and a shorter recovery time especially when gaps between shocks were

shorter than a month (biweekly and weekly shocks).

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INDICE DE ABREVIATURAS

AL – Ácidos Livres

Cm – Carga mássica

COV – Carga Orgânica Volumétrica

DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio

DQO – Demanda Química de Oxigênio

DQOT – Demanda Química de Oxigênio Total

FMS – Fermentação em Meio Sólido

FS – Fermentação Submersa

IVL – Índice Volumétrico do Lodo

k – Constante de degradação

O&G – Óleos e Graxas

O.D. – Oxigênio Dissolvido

PES – Preparado Enzimático Sólido

PS – Peso Seco

r – razão de reciclo

SVSLM – Sólidos Voláteis em Suspensão no Licor Misto

TRH – Tempo de Retenção Hidráulica

UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket (reator anaeróbio de manto de lodo e fluxo

ascendente)

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INDICE

1. INTRODUÇÃO e OBJETIVOS..................................................................... 1 1.1. Introdução.......................................................................................................... 1 1.2. Objetivos............................................................................................................ 3 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ....................................................................... 5 2.1. Efluente de Laticínios........................................................................................ 5 2.1.1. Legislação Ambiental ........................................................................................ 8 2.2. Tratamento de Efluentes de Indústrias de Laticínios......................................... 9 2.2.1. Lodos Ativados................................................................................................ 11 2.2.1.1. Lodos Ativados de Fluxo Contínuo................................................................. 12 2.2.1.2. Lodos Ativados de Fluxo Intermitente (Batelada) .......................................... 13 2.2.1.3. Bioquímica do Sistema de Lodos Ativados..................................................... 14 2.2.1.4. Microbiologia .................................................................................................. 16 2.2.1.5. Problemas Operacionais .................................................................................. 18 2.2.1.6. Parâmetros de operação recomendados........................................................... 22 2.3. Choques de carga orgânica .............................................................................. 23 2.4. Enzimas no Tratamento de Efluentes .............................................................. 24 2.5. Lipases ............................................................................................................. 26 2.6. Fermentação em meio sólido........................................................................... 28 2.7. Tratamento de efluentes com alto teor de O&G utilizando enzimas............... 31 3. MATERIAL e MÉTODOS........................................................................... 34 3.1. Equipamentos .................................................................................................. 34 3.2. Fermentação em Meio Sólido.......................................................................... 35 3.2.1. Extração da enzima.......................................................................................... 36 3.3. Tratamento Biológico ...................................................................................... 36 3.3.1. Biorreatores Aeróbios...................................................................................... 36 3.3.2. Alimentação – Efluente semi-sintético............................................................ 37 3.3.3. Operação.......................................................................................................... 38 3.3.4. Choques de Carga com Gordura...................................................................... 39 3.4. Parâmetros Monitorados.................................................................................. 40 3.5. Métodos analíticos........................................................................................... 40 3.5.1. Determinação da Atividade Lipásica............................................................... 40 3.5.2. Turbidez........................................................................................................... 41 3.5.3. Demanda Química de Oxigênio Total ............................................................. 41 3.5.4. Sólidos Suspensos Totais (SST), Fixos (SSF) e Voláteis (SSV)..................... 42 3.5.5. Óleos & Graxas ............................................................................................... 43 3.5.6. Determinação do teor de ácidos livres............................................................. 44 3.5.7. Índice Volumétrico de Lodo............................................................................ 45 3.5.8. Relação Alimento/Microrganismo (F/M)........................................................ 46 3.5.9. Idade do lodo ................................................................................................... 46 3.5.10. Observações microscópicas do lodo ativado ................................................... 47 3.5.11 Análise estatística dos dados. .......................................................................... 47 4. RESULTADOS e DISCUSSÃO ................................................................... 48 4.1. Generalidades .................................................................................................. 48 4.2. pH .................................................................................................................... 51 4.3. Demanda Química de Oxigênio (DQOT) ........................................................ 52 4.3.1. Regime sem adição de gordura e com 400 mgO&G/L (adaptação)................ 52

xii

4.3.2. Choques mensais ............................................................................................. 55 4.3.3. Choques quinzenais ......................................................................................... 58 4.3.4. Choques semanais ........................................................................................... 62 4.3.4.1. Choques semanais com duas horas de duração ............................................... 62 4.3.4.2. Choques semanais de oito horas de duração ................................................... 65 4.3.4.3. Choques semanais de dezesseis horas de duração........................................... 68 4.4. Turbidez........................................................................................................... 73 4.5. Sólidos Suspensos Totais (SST), Fixos (SSF) e Voláteis (SSV) no Licor Misto. .........................................................................................................................................74 4.6. Relação Alimento/Microrganismo (F/M) e idade do lodo .............................. 77 4.7. Óleos e Graxas (O&G) no Lodo dos Biorreatores .......................................... 78 4.8. Índice Volumétrico de Lodo (IVL) ................................................................. 80 4.9. Choques de gordura ......................................................................................... 83 4.10. Observações microscópicas dos flocos do lodo dos biorreatores.................... 86 4.10.1. Observações microscópicas dos flocos do lodo dos biorreatores após choque mensal .............................................................................................................................86 4.10.2. Observações microscópicas dos flocos do lodo dos biorreatores após choques quinzenais. ...................................................................................................................... 87 4.10.3. Observações microscópicas dos flocos do lodo dos biorreatores após choques semanais com duas horas de duração ............................................................................. 89 4.10.4. Observações microscópicas dos flocos do lodo dos biorreatores após choques semanais com oito horas de duração .............................................................................. 90 4.10.5 Observações microscópicas dos flocos do lodo dos biorreatores após choques semanais com dezesseis horas de duração...................................................................... 91 5. CONCLUSÕES e SUGESTÕES................................................................... 93 5.1. Conclusões........................................................................................................ 93 5.2. Sugestões .......................................................................................................... 95 6. BIBLIOGRAFIA .............................................................................................. 96

xiii

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1: Esquema de um sistema de lodo ativado de fluxo contínuo.....................................................13

Figura 3.1: Desenho esquemático do sistema de tratamento. .....................................................................37

Figura 4.1: DQOT afluente e efluente do biorreator Controle durante os regimes sem gordura e com

400mgO&G/L. ...........................................................................................................................................53

Figura 4.2: DQOT afluente e efluente do biorreator Teste durante os regimes sem gordura e com

400mgO&G/L. ...........................................................................................................................................53

Figura 4.3: Eficiência de remoção de DQOT nos biorreatores nos regimes sem gordura e com

400mgO&G/L. ...........................................................................................................................................54

Figura 4.4: DQOT afluente e efluente do biorreator Controle após o primeiro choque (indicado pela seta

em vermelho)..............................................................................................................................................56

Figura 4.5: DQOT afluente e efluente do biorreator Teste após o primeiro choque (indicado pela seta em

vermelho). ..................................................................................................................................................57

Figura 4.6: Eficiência de remoção de DQOT nos biorreatores após o primeiro choque (indicado pela seta

em vermelho)..............................................................................................................................................58

Figura 4.7: DQOT afluente e efluente do biorreator Controle durante o período de choques quinzenais

(indicados pelas setas em vermelho). .........................................................................................................60

Figura 4.8: DQOT afluente e efluente do biorreator Teste durante o período de choques quinzenais


Figura 4.9: Eficiência de remoção de DQOT nos biorreatores durante o período de choques quinzenais


Figura 4.10: DQOT afluente e efluente do biorreator Controle durante o período de choques semanais


Figura 4.11: DQOT afluente e efluente do biorreator Teste durante o período de choques semanais


Figura 4.12: Eficiência de remoção de DQOT nos biorreatores durante o período de choques semanais


Figura 4.13: DQOT afluente e efluente do biorreator Controle durante o período de choques de 8 horas


Figura 4.14: DQOT afluente e efluente do biorreator Teste durante o período de choques de 8 horas


Figura 4.15: Eficiência de remoção de DQOT nos biorreatores durante o período de choques de 8 horas


Figura 4.16: DQOT afluente e efluente do biorreator Controle durante o período de choques de 16 horas


Figura 4.17: DQOT afluente e efluente do biorreator Teste durante o período de choques de 16 horas


xiv

Figura 4.18: Eficiência de remoção de DQOT nos biorreatores durante o período de choques de 16 horas


Figura 4.19: Concentrações de O&G (%) e desvios-padrão no lodo dos biorreatores Controle e Teste. ...79

Figura 4.20: Fotos em campo claro dos flocos dos biorreatores Controle e Teste após o choque mensal. 87

Figura 4.21: Fotos em campo claro dos flocos dos biorreatores Controle e Teste após o término dos

choques quinzenais. ....................................................................................................................................88


choques semanais com 2 horas de duração.................................................................................................89


choques semanais com 8 horas de duração.................................................................................................91


choques semanais com 16 horas de duração...............................................................................................92

xv

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1: Características dos efluentes de laticínios de acordo com o produto produzido. ......................7

Tabela 2.2: Limites de descarte dos principais parâmetros de caracterização dos efluentes, segundo

resolução 357 do Conama e as legislações estaduais de Minas Gerais e Rio de Janeiro..............................9

Tabela 2.3: Constantes cinéticas de alguns ácidos graxos de cadeia longa e vários outros substratos. ......20

Tabela 2.4: Alguns parâmetros recomendados para operação de lodos ativados no tratamento de esgoto

doméstico. ..................................................................................................................................................23

Tabela 2.5: Exemplo de aplicações industriais das lípases.........................................................................28

Tabela 3.1: Lista de equipamentos utilizados ao longo do trabalho experimental. ....................................34

Tabela 3.2: Composição da torta de babaçu (GOMBERT et al., 1999). ....................................................35

Tabela 4.1: Valores médios e desvios-padrão dos parâmetros analisados..................................................49

Tabela 4.2: Valores médios de pH nos biorreatores Controle e Teste, nos períodos estudados. ................51

Tabela 4.3: Valores médios de DQOT afluente e efluente e de remoção de DQOT dos biorreatores nos

regimes sem gordura e com 400mgO&G/L................................................................................................52

Tabela 4.4: Valores médios de DQOT afluente e efluente dos biorreatores após o primeiro choque. ........56

Tabela 4.5: Valores médios de DQOT afluente e efluente dos biorreatores durante o período de choques

quinzenais. ..................................................................................................................................................59

Tabela 4.6: Valores médios de DQOT afluente e efluente dos biorreatores durante o período de choques

semanais. ....................................................................................................................................................63

Tabela 4.7: Valores médios de DQOT afluente e efluente dos biorreatores durante o período de choques de

8 horas. .......................................................................................................................................................66

Tabela 4.8: Valores médios de DQOT afluente e efluente dos biorreatores durante o período de choques de

16 horas. .....................................................................................................................................................68

Tabela 4.9: Análise estatística da DQOT afluente aos biorreatores Controle e Teste. ................................72

Tabela 4.10: Análise estatística da DQOT efluente aos biorreatores Controle e Teste. ..............................72

Tabela 4.11: Valores médios e desvios-padrão da turbidez no efluente dos biorreatores Controle e Teste,

nos períodos estudados. ..............................................................................................................................73

Tabela 4.12 Valores médios e desvios-padrão dos Sólidos Suspensos Totais (SST), Fixos (SSF) e Voláteis

(SSV) no Licor Misto (LM). ......................................................................................................................75

Tabela 4.13. Análise estatística da relação SSVLM/SSTLM ao longo da operação. .................................76

Tabela 4.14: Valores médios e desvios-padrão da relação F/M e idade do lodo nos diferentes períodos

estudados. ...................................................................................................................................................77

Tabela 4.15: Resumo da análise estatística do teor de O&G acumulados no lodo dos biorreatores Controle

e Teste após os choques de gordura............................................................................................................79

Tabela 4.16: Valores médios e desvios-padrão do índice volumétrico de lodo..........................................81

Tabela 4.17: Resumo das condições dos meios de alimentação durante os choques de gordura no

biorreator Controle. ....................................................................................................................................83

xvi

Tabela 4.18: Resumo das condições dos meios de alimentação durante choques de gordura no biorreator

Teste. ..........................................................................................................................................................84

1

1. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS

1.1. Introdução

Atualmente, a humanidade vive preocupada com a qualidade de vida,

preocupação esta que traz atenção especial à conservação do meio ambiente. Dentro

desta realidade torna-se inadmissível que qualquer atividade degrade, em qualquer

aspecto, o ambiente.

Para tanto, o desenvolvimento econômico social de um país deve respeitar o

meio ambiente, aproveitando-se adequadamente suas potencialidades, de forma a não

exaurir seus recursos naturais (LEITE et al., 2001).

Numa reportagem apresentada na revista VEJA (setembro/2002), o jornalista

Daniel Hessel Teich afirmou que, em certas regiões do mundo, mais da metade dos rios

se encontra poluída por dejetos humanos, efluentes industriais e agrotóxicos e, ainda,

que nove de cada dez litros de água utilizados no Terceiro Mundo são devolvidos à

natureza sem nenhum tipo de tratamento.

As indústrias de laticínios geram milhares de metros cúbicos de efluentes por

dia, só em 2004 foram gerados cerca de 94 bilhões, sendo que mais de 90% deste

montante não recebeu nenhum tipo de tratamento antes do seu descarte (EMBRAPA,

2006). Estes efluentes possuem alta concentração de matéria orgânica, a qual pode

causar sérios problemas ambientais. Além disso, esses efluentes são muito mais

concentrados do que o esgoto doméstico, sendo os maiores contribuintes para o seu

elevado teor de matéria orgânica a lactose, gorduras e proteínas originadas do leite

(PERLE et al., 1995).

2

Quando aplicado, nos laticínios de médio e grande porte, um dos tratamentos

comumente utilizados é o de Lodos Ativados, que têm como vantagens: a rápida partida

das unidades, o menor tempo de adaptação do lodo ao efluente a ser tratado, os

reduzidos requisitos de área, a elevada remoção de matéria orgânica, a não necessidade

de pós-tratamento, a resistência a choques de carga e grande flexibilidade operacional

(VON SPERLING, 1997).

No entanto, efluentes de laticínios apresentam altos teores de gorduras, o que

prejudica o bom desempenho deste tipo de tratamento, já que as gorduras apresentam

baixas taxas de biodegradação e acumulam no sistema de tratamento. As gorduras

presentes no efluente criam uma película protetora nos aglomerados de bactérias,

dificultando a transferência de oxigênio e facilitando o desenvolvimento de bactérias

filamentosas (VIDAL et al., 2000).

Nesses sistemas de tratamento, o aumento brusco no teor de gordura, ou seja, um

choque de carga orgânica reflete-se diretamente no aumento da DBO e DQO e,

conseqüentemente, ocasiona depleção da concentração de oxigênio dissolvido,

indispensável para o metabolismo de microrganismos aeróbios (BARROS et al., 1995).

Além disso, o excesso de gordura pode prejudicar o funcionamento dos equipamentos

de tratamento primário, entupindo suas vias de acesso e sobrecarregando o tratamento

secundário, diminuindo sua eficiência, apresentando efluente tratado turvo, com

partículas gordurosas e baixa sedimentabilidade do lodo (ACQUAENG, 2005).

Segundo Rosa (2004), a aplicação de enzimas em processos industriais vem

crescendo, especialmente como adjuvantes no tratamento de efluentes, sendo as lipases

uma das classes mais estudadas nesse sentido (JAEGER e REETZ, 1998; MASSE et al.,

2001; DHARMSTHITI e KUHASUNTISUK, 1998). As lipases compreendem um

grupo de enzimas hidrolíticas que atuam geralmente na interface orgânica-aquosa,

catalisando a hidrólise de ligações éster carboxílicas presentes em acilgliceróis, para

liberar ácidos orgânicos e glicerol (JAEGER et al., 1994). As principais fontes de lipase

3

são os microrganismos e a produção destas enzimas por fermentação em meio sólido

vem recebendo destaque, pois neste caso se utilizam rejeitos industriais como meio de

cultivo, o que reduz custos e favorece o meio ambiente (GOMBERT et al., 1999;

PALMA et al., 2000).

No entanto, a aplicação de enzimas comerciais para hidrólise de gorduras ainda

apresenta custos muito elevados. A eficiência de um preparado enzimático sólido rico

em lipases (PES), produzido pelo fungo Penicillium restrictum por fermentação em

meio sólido (FMS) a partir de rejeitos agro-industriais (torta de babaçu), foi

comprovada em lodos ativados operando em bateladas seqüenciais de 24 horas (JUNG,

2002) e sob regime contínuo (ROSA, 2004) com até 800 mg O&G/L.

De acordo com Leal et al. (2006), o custo com a utilização de enzimas no

tratamento de efluentes está relacionado à tecnologia de produção. Segundo a autora, há

uma redução de pelo menos 47% no custo quando se usam as enzimas produzidas por

FMS, quando comparado às enzimas comerciais para o mesmo fim. Infelizmente,

mesmo considerando o baixo custo de produção, a adição contínua de PES aos

biorreatores implica em elevados custos de produção “in situ” e de armazenagem.

Portanto, para viabilizar a aplicação de enzimas no tratamento de efluentes, uma

alternativa seria a adição do PES somente em situações emergenciais, como no caso de

aumentos muito bruscos do teor de gordura na alimentação dos reatores biológicos.

1.2. Objetivos

O principal objetivo deste trabalho foi investigar a eficiência de um preparado

enzimático sólido bruto (PES) durante choques de carga de gordura periódicos em um

sistema de Lodos Ativados operando sob regime contínuo.

Para tal, as seguintes etapas foram executadas:

4

• Produção do preparado enzimático sólido por fermentação em meio

sólido (FMS) pelo fungo Penicillium restrictum empregando torta de

babaçu como meio basal;

• Operação de dois sistemas idênticos de lodos ativados com efluente

semi-sintético (com 400 mg O&G/L), sem adição de PES (etapa de

adaptação);

• Operação dos sistemas de lodos ativados com efluente semi-sintético e

choques de gordura (alimentação de 1200 mg O&G/L por 2, 8 e 16

horas) em intervalos de 30, 15 e 7 dias, com (biorreator Teste) e sem

(biorreator Controle) adição de PES;

• Avaliação e comparação das eficiências dos dois sistemas em termos de

remoção de DQO, acúmulo de gordura nos flocos biológicos, qualidade

do efluente tratado e características de sedimentabilidade do lodo.

5

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Efluente de Laticínios

A indústria de laticínios é de grande importância econômica e social sendo, no

entanto, considerada pelos órgãos de controle ambiental como de grande potencial

poluidor. Isto por que a maioria dos laticínios brasileiros trabalha de forma artesanal e

sem tratamento adequado dos resíduos ou reúso dos mesmos. No Brasil, são gerados,

em média, 4 litros de efluente por litro de leite processado (SEBRAE, 1998). No ano de

2004, foram produzidos 23,5 bilhões de litros de leite (EMBRAPA, 2006), sendo

grande parte deste montante processado em laticínios, gerando um volume considerável

de efluentes que, em geral, são descartados sem qualquer tratamento nos corpos

hídricos.

A geração de efluentes por laticínios é usualmente realizada de forma

intermitente, sendo que o fluxo e as características da água residuária variam,

dependendo do volume e do método de beneficiamento do leite (VIDAL et al., 2000).

Além destes fatores, a produção de diferentes produtos, do simples

processamento do leite “in natura” até a fabricação de produtos mais elaborados

(manteiga, iogurtes, sorvetes, queijos, creme de leite, leite condensado, entre outros)

alteram as características do efluente (DEMIREL et al., 2004). Geralmente, estes

efluentes apresentam valores elevados de DBO e de óleos e graxas (CARTA et al.,

1999).

6

No processamento do leite para consumo “in natura”, as operações geradoras de

efluente são: lavagem e desinfecção de equipamentos (tanques, centrífugas,

pasteurizadores, homogeneizadores, tubulações e latões, entre outros), quebra de

embalagens contendo leite, perda nos equipamentos diretamente envolvidos na

produção e lubrificação dos transportadores. Na obtenção de creme de leite, as águas

residuárias são constituídas principalmente por leite, materiais sólidos (substâncias

graxas), detergentes, desinfetantes e lubrificantes. Na fabricação de leite condensado e

leite em pó, efluentes de características semelhantes são gerados, mas com maior carga

orgânica. Na fabricação de iogurte são realizadas, ainda, adições de polpas de frutas,

essências, açúcar e leite em pó, entre outros, que aumentam ainda mais a

heterogeneidade do efluente (MATOS, 2005).

Segundo Leal (2000), o soro, o leitelho e o leite ácido são subprodutos gerados

em laticínios que, se não reaproveitados na fabricação de outros produtos lácteos ou em

ração animal, devem ser separados dos demais efluentes por possuírem elevada carga

orgânica e grande valor nutritivo. Tal procedimento, em geral, não ocorre em pequenos

laticínios.

Podem ainda estar presentes nos efluentes de laticínios: coágulos, detergentes e

desinfetantes, areia, lubrificantes, essências e condimentos diversos diluídos nas águas

de lavagem de equipamentos, tubulações, pisos e demais instalações da indústria.

Na Tabela 2.1 são citadas algumas características dos efluentes de laticínios, de

acordo com alguns produtos produzidos.

7

Tabela 2.1: Características dos efluentes de laticínios de acordo com o produto

produzido.

Tipos de indústria Parâmetros

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

DBO5 (mg/L) 1033 487 1319 3420 290 875 761

DQO (mg/L) 1397 873 1740 4430 2010 1365 1370

Resíduo não filtrável total (mg/L) 520 329 494 420 915 776 471

Resíduo total (mg/L) - - 993 3300 - 1870 1406

Resíduo sedimentável (ml/L) - - 14 1 1,5 0,1 1,7

Nitrogênio total (mg/L) - 26,5 43,2 86,2 56,7 25,5 11,3

Fósforo total (mg/L) 5,75 4,5 5,9 14,2 18,8 6,8 8,8

Óleos e graxas (mg/L) 562 - 253 575 - 100 -

Temperatura (°C) - - 29 31 29 38 28

Vazão (m3/t leite processado) 1,06 1,47 0,83 4,1 5,5 3,2 5,4

Leite processado (t) 18,5 29,4 48,4 226,2 59,7 80,0 63,4

Tipos de indústrias:

(1) Posto de recepção e refrigeração de leite

(2) Leite pasteurizado e manteiga

(3) Leite pasteurizado e iogurte

(4) Leite esterilizado e iogurte

(5) Leite condensado

(6) Leite em pó

DBO5 = Demanda Bioquímica de Oxigênio medida em 5 dias

DQO = Demanda Química de Oxigênio

Fonte: CETESB (1990)

Substâncias usadas para limpeza de equipamentos e utensílios também fazem

parte dos efluentes de laticínios. Os compostos mais utilizados são álcalis, fosfatos,

ácidos, complexantes e tensoativos. Entre os principais agentes alcalinos utilizados,

8

destaca-se o hidróxido de sódio ou soda cáustica, que apresenta um pH próximo a 13

quando em solução a 1% (m/v). Já entre os agentes ácidos inorgânicos estão os ácidos

nítrico, fosfórico e clorídrico. Dentre os sanitizantes químicos mais utilizados em

laticínios estão os compostos à base de cloro, iodo, amônia quaternária, ácido peracético

e peróxido de hidrogênio, entre outros (MATOS, 2005).

2.1.1. Legislação Ambiental

O controle da geração, tratamento e disposição de efluentes tem, nos últimos

anos, se tornado um fator limitante à instalação de novas indústrias de laticínios. Isto

por que as indústrias devem apresentar licenciamento ambiental e se adequar às normas

impostas pela legislação vigente, o que implica na elevação dos custos iniciais

(SEBRAE/MG, 1997).

A classificação dos corpos d´água e diretrizes ambientais para o seu

enquadramento, bem como o estabelecimento das condições e padrões de lançamento de

efluentes foram estabelecidos pela resolução CONAMA (Conselho Nacional do Meio

Ambiente) nº 357, de 17 de março de 2005. Esta resolução determina os padrões de

qualidade para treze classes de água e alguns limites admissíveis de descarte de

efluentes líquidos. A Tabela 2.2 mostra os limites de descarte dos principais parâmetros

de caracterização dos efluentes, segundo a resolução 357 e as legislações estaduais de

Minas Gerais e do Rio de Janeiro.

9

Tabela 2.2: Limites de descarte dos principais parâmetros de caracterização dos

efluentes, segundo resolução 357 do Conama e as legislações estaduais de Minas Gerais

e Rio de Janeiro.

Limite e/ou condição Parâmetro

Minas Gerais (A) Rio de Janeiro (B) Conama (C)

pH 6,5 - 8,5 5,0 - 9,0

Temperatura Inferior a 40º C

Materiais sedimentáveis Até 1 ml/L em teste de uma hora em cone Imhoff

Óleos e graxas 50 mg/L 30 mg/L 50 mg/L

DBO5 60 mg/L

- para cargas ≥

100 kg/d,

remoção maior ou

igual a 90%

- para cargas <

100 kg/d,

remoção maior ou

igual a 70%

------

DQO 90 mg/L 400 mg/L ------

Sólidos em Suspensão

- conc. máxima

diária: 100 mg/L

- conc. média

mensal: 60 mg/L

------ ------

Detergentes 2 mg/L -----

Fontes: (A) COPAM (1986), (B) FEEMA (1986 e 1991) e (C) CONAMA (2005).

2.2. Tratamento de Efluentes de Indústrias de Laticínios

O tratamento de efluentes pode ser realizado por via físico-química ou biológica.

A escolha do processo leva em conta o tipo de efluente a tratar, sua biodegradabilidade,

a presença de toxinas, a produção de lodos, entre outros (MOTTA et al., 2003).

10

Os tratamentos físico-químicos consistem na adição de produtos químicos, como

coagulantes (sulfato de alumínio e cloreto férrico), no efluente, permitindo assim a

remoção parcial da matéria orgânica devido à precipitação de proteínas e gorduras

(RUSTEN et al., 1993). No entanto, o gasto com reagentes é elevado e a remoção de

DQO é pouco eficiente.

Devido a seu menor custo de funcionamento e simplicidade operacional, os

processos biológicos são, em geral, escolhidos para o tratamento de efluentes urbanos e

de muitos tipos de efluentes industriais, como os de laticínios, por exemplo (MOTTA et

al., 2003).

A digestão anaeróbia é um processo que ocorre na ausência de oxigênio, no qual

bactérias facultativas ou estritamente anaeróbias degradam compostos orgânicos

complexos, convertendo-os em gases metano e dióxido de carbono. Os microrganismos

envolvidos no processo constituem um sistema ecológico delicadamente balanceado, no

qual cada microrganismo tem uma função essencial (CHERNICHARO, 1997).

A conversão anaeróbia dos compostos orgânicos se dá num processo de quatro

estágios. No primeiro - a hidrólise, bactérias hidrolíticas degradam substâncias

orgânicas complexas, como polímeros, transformando-as em compostos mais simples.

No segundo estágio - a acidogênese, um grupo de bactérias facultativas e anaeróbias,

denominadas formadoras de ácidos ou fermentativas (bactérias acidogênicas),

transformam os compostos mais simples em outros ainda mais simples, denominados

ácidos voláteis. Embora não ocorra a estabilização da matéria orgânica durante o

primeiro e segundo estágios, estes são necessários e fornecem substratos para os

microrganismos ali atuantes. No terceiro estágio - a acetogênese, as bactérias

acetogênicas transformam a matéria orgânica simples em ácido acético (acetato),

hidrogênio (H2) e dióxido de carbono (CO2). No quarto estágio - a metanogênese, a

matéria orgânica sofre maior estabilização através da transformação de quase todos os

ácidos voláteis em gás carbônico e metano (biogás), os quais passam a estar presentes

11

dissolvidos no meio líquido. Este processo é realizado por archaeas formadoras de

metano (archaeas metanogênicas) (SPEECE, 1996).

Para Perle et al. (1995), este tipo de tratamento pode apresentar problemas

quando o efluente a ser tratado possui elevado teor de gordura, como o desenvolvimento

de lodos com baixa atividade, inadequadas características físicas e elevada tendência de

flotação. Ocorre ainda a adsorção de gordura à superfície do lodo, dificultando o

transporte de substratos solúveis para a biomassa e levando à queda de conversão deste

material (PETRUY e LETTINGA, 1997).

Já a presença de oxigênio dissolvido é a principal característica no

desenvolvimento de um processo aeróbio de tratamento de águas residuárias. Nos

processos biológicos aeróbios a matéria orgânica solúvel e/ou coloidal é estabilizada, de

maneira simplificada, pela ação conjunta de microrganismos predominantemente

aeróbios (VON SPERLING, 1997).

2.2.1. Lodos Ativados

Dentre os processos biológicos, um dos mais amplamente utilizados é o

tratamento por lodos ativados. Em Minas Gerais, estado com grande concentração de

laticínios, este sistema de tratamento é o que tem demonstrado melhores resultados para

a minimização do impacto ambiental causado pelos efluentes deste tipo de atividade

(SEBRAE/MG, 1998).

O processo de lodos ativados consiste em colocar o efluente a ser tratado em

contato com uma elevada concentração de microrganismos, que vão digerir a matéria

12

orgânica com o auxílio do oxigênio fornecido ao tanque de aeração. Em seguida, a

biomassa microbiana é separada da água tratada por decantação no clarificador. Uma

parte desta biomassa retorna ao tanque de aeração e uma outra é retirada, a fim de

manter a concentração de microrganismos constante no tanque de aeração (VON

SPERLING, 1997).

2.2.1.1. Lodos Ativados de Fluxo Contínuo

Um sistema básico de lodos ativados de fluxo contínuo é constituído de um

tanque de aeração (reator), um tanque de sedimentação (decantador) e um sistema de

reciclo do lodo, conforme apresentado na Figura 2.1.

O efluente a ser tratado entra continuamente no tanque de aeração, no qual

ocorre a mistura entre este e o lodo ativado, que passa então a formar o licor misto. A

matéria orgânica é removida por meio de reações bioquímicas realizadas por bactérias,

predominantemente aeróbias, na forma de flocos que se mantêm em suspensão através

de agitação por ar difuso e/ou mecânica. A biomassa consegue ser separada no

decantador secundário devido à sua propriedade de flocular. Tal se deve ao fato das

bactérias produzirem uma matriz gelatinosa, que permite a aglutinação das bactérias e

de outros microrganismos, como protozoários. Parte do material sedimentado volta ao

tanque de aeração através de uma linha de reciclo do lodo, a fim de aumentar ou manter

a concentração de biomassa, elevando assim a eficiência do sistema, enquanto a outra

parte (excedente) deve ser retirada e conduzida a unidades de adensamento, secagem e

disposição final (VON SPERLING, 1997).

13

Figura 2.1: Esquema de um sistema de lodo ativado de fluxo contínuo.

2.2.1.2. Lodos Ativados de Fluxo Intermitente (Batelada)

Este sistema de lodos ativados é aquele que não apresenta entrada e saída de

efluente, durante sua reação. Os reatores do tipo batelada têm seu fluxo intermitente, ou

seja, após seu enchimento, fecham-se os registros de entrada e de saída; sendo assim,

não há fluxo dentro do reator, por um determinado período. Utilizando um tanque único,

os processos e operação passam a ser simplesmente seqüências no tempo, e não

unidades separadas como ocorre nos processos convencionais de fluxo contínuo. São

estabelecidos ciclos de operação com durações definidas. A massa biológica permanece

no reator durante todos os ciclos, eliminando a necessidade de decantadores (VON

SPERLING, 1997).

Na operação com bateladas seqüenciais, conforme apresentado na Figura 2.2.,

distinguem-se as seguintes etapas:

(1) Enchimento do reator com o efluente a ser tratado, sendo que já existe uma camada

de lodo. Nesta fase os aeradores podem estar ligados ou desligados.

(2) Reação: remoção do material orgânico e dos sólidos em suspensão, com o reator

cheio e os aeradores ligados.

(3) Sedimentação do lodo, com os aeradores desligados.

(4) Descarga do efluente tratado e eventualmente de lodo de excesso.

(5) Repouso (VAN HAANDEL e MARAIS, 1999).

Tanque de AeraçãoAfluente

Lodo de Retorno

Efluente

Purga de Lodo

Sedimentador

14

Figura 2.2: Etapas envolvidas no processo de lodo ativado em batelada.

A duração de cada uma destas etapas depende da natureza do efluente e das

condições operacionais do reator. Este tipo de sistema tem a vantagem de não possuir

curtos-circuitos e de diminuir muito a possibilidade de zonas mortas (VAN HAANDEL

e MARAIS, 1999).

2.2.1.3. Bioquímica do Sistema de Lodos Ativados

As reações que ocorrem nos sistemas de lodos ativados, segundo Sobrinho

(1998), são:

15

1) Remoção inicial de sólidos em suspensão e material coloidal por

aglomeração física, floculação e por adsorção aos flocos biológicos. A fração orgânica é

decomposta pelo processo biológico aeróbio, produzindo CO2, H2O e novos

microrganismos;

2) Remoção mais lenta de matéria orgânica solúvel pelos microrganismos;

3) Nitrificação, quando há condições adequadas no sistema, que se inicia com a

oxidação de amônia a nitrito e posterior oxidação a nitrato; e

4) Oxidação das células biológicas aos produtos finais (CO2, H2O, sais de

nitrogênio e fósforo). Um resíduo não biodegradável permanecerá mesmo após longo

período de aeração (material recalcitrante).

O tratamento biológico aeróbio envolve a transformação de poluentes orgânicos

dissolvidos e em suspensão em biomassa, gases (CO2) e produtos residuais do

metabolismo (substâncias orgânicas e inorgânicas). Este processo metabólico consiste

em reações de síntese e respiração, que ocorrem de forma independente, porém

simultâneas. A síntese é a reação pela qual os microrganismos utilizam a matéria

orgânica contida no rejeito como fonte de carbono para produção de material celular. A

respiração está acoplada à liberação de energia através da conversão do substrato

assimilado em compostos contendo níveis de energia mais baixos, como CO2, H2O e as

várias formas oxidadas do nitrogênio. A energia é utilizada para a manutenção das

funções, para a produção de metabólitos e biomassa. As variáveis do processo, como o

tempo de reação, a temperatura e a carga orgânica, irão determinar a natureza precisa

dos compostos formados (OVIEDO, 2003; VAN HAANDEL e MARAIS, 1999; VON

SPERLING, 1997 e 2004).

16

Na decomposição aeróbia de matéria orgânica biodegradável, a oxidação é

completa. Sendo assim, a molécula orgânica é totalmente oxidada, cedendo toda sua

energia disponível e formando como produto final o CO2, desprovido de energia útil

(reação 2.1). Parte da energia liberada na oxidação da matéria orgânica é utilizada na

geração de novas células (reação 2.2). Na ausência da fonte externa doadora de energia,

os microrganismos entram em respiração endógena, sobrevivendo às custas de suas

reservas internas e, em seguida, quando estas se esgotam, sofrem autólise (reação 2.3),

liberando material intracelular no meio, o qual será utilizado para a manutenção de

outras células ainda íntegras.

CxHyOzN (matéria orgânica) + O2 → CO2 + H2O + NH3 + energia (2.1)

CxHyOzN + energia → C5H7NO2 (células bacterianas) (2.2)

C5H7NO2 + 5O2 → 5CO2 + NH3 + 2H2O + energia (2.3)

2.2.1.4. Microbiologia

Os componentes biológicos do sistema de lodos ativados são principalmente

bactérias, fungos, protozoários e rotíferos, sendo que alguns metazoários (vermes

nematóides) podem estar presentes. As bactérias são os microrganismos de maior

importância, uma vez que são elas as maiores responsáveis pela estabilização da matéria

orgânica e pela formação dos flocos, através da conversão da matéria orgânica

biodegradável em novo material celular, CO2 e água, e outros produtos inertes

(SOBRINHO, 1998). Já os fungos são normalmente encontrados em lodos com pH

baixo (ácido), na presença de carboidratos e falta de nutrientes, especialmente

nitrogênio e fósforo (FIGUEIREDO, 1995).

17

Segundo Jenkins et al. (1993), os flocos microbianos são formados por bactérias

filamentosas, responsáveis pela estrutura do floco e por bactérias zoogleais produtoras

de exopolímeros que servem para unir estas bactérias. Um bom equilíbrio entre estas

espécies de bactérias produz flocos com boas características de sedimentação e

adensamento. Este processo de agregação microbiana é de fundamental importância

para a separação sólido-líquido, já que uma floculação deficiente compromete a

sedimentação do lodo e a remoção da matéria orgânica e, consequentemente, a

eficiência do tratamento (SOBECK e HIGGINS, 2002).

Os protozoários e os micrometazoários também têm importante papel na

manutenção de uma comunidade bacteriana equilibrada, na remoção de E. coli, na

redução da DBO5 e na floculação. Por serem extremamente sensíveis às alterações no

processo, os componentes da microfauna alternam-se no sistema em resposta às

mudanças nas condições físico-químicas e ambientais. Desse modo, a composição da

microfauna do lodo ativado revela tendências do processo, quanto à eficiência de

remoção da demanda bioquímica de oxigênio (DBO5) e de sólidos suspensos (SS); as

condições de sedimentação do lodo; o nível de aeração empregado no sistema; a

presença de compostos tóxicos, tais como metais pesados e amônia; além de poder

indicar a ocorrência de sobrecargas orgânicas e de nitrificação (GERARDI, 1986;

HOFFMANN e PLATZER, 2000).

Os protozoários também predam bactérias livres, evitando que elas saiam com o

efluente tratado, melhorando a qualidade do efluente. Os ciliados são numericamente

mais comuns nos lodos ativados, eles representam normalmente 5% do peso seco dos

sólidos em suspensão no tanque de aeração. Algumas espécies comuns de protozoários

ciliados encontrados em estações de tratamento por lodos ativados podem ser: Aspidisca

costata, Carchesium polypinum, Chilodonella ucinata, Opercularia coarcta e O.

Microdiscum (SOBRINHO, 1998).

18

2.2.1.5. Problemas Operacionais

O processo de lodos ativados pode apresentar alguns problemas operacionais

causados, principalmente, pela natureza do efluente a ser tratado. Estes problemas são

caracterizados pela queda da quantidade e qualidade do lodo, e conseqüente perda de

eficiência na remoção da matéria orgânica, gerando um efluente tratado de má

qualidade.

Os principais problemas que ocorrem em sistemas de lodos ativados, segundo

Motta et al. (2003), são:

• Lodo pulverizado ou “pin-point floc”: é formado por uma diminuição na

concentração de bactérias filamentosas, causando a ruptura dos flocos e a formação de

pequenos agregados, que podem não decantar, saindo com o efluente final, aumentando

o teor de matéria orgânica e a sua turbidez.

• Formação de espuma ou “foaming”: como o próprio nome diz, é caracterizado

pela formação de uma camada de espuma na superfície do tanque de aeração. Esta

espuma é formada devido ao excesso de bactérias filamentosas, que ao contrário do caso

de “bulking”, possui caráter hidrofóbico. Se não for combatida, a espuma transborda,

causando perda da biomassa microbiana.

• Intumescimento do lodo ou “bulking filamentoso”: este fenômeno é

caracterizado por uma forte redução da velocidade de decantação, causada por um

desenvolvimento excessivo de bactérias filamentosas, que está geralmente ligado a uma

carência de substrato e oxigênio. Estas bactérias ultrapassam largamente os limites dos

flocos, aumentando a resistência à decantação e ligando uns flocos aos outros.

19

Estes problemas podem ainda ser agravados pela presença de elevadas

concentrações de gordura no efluente a ser tratado, baixo pH, alta relação

carbono/nitrogênio e aeração insuficiente (SEBRAE/MG, 1998).

Efluentes com elevados teores de óleos e graxas ocasionam vários problemas aos

sistemas de tratamento biológico, uma vez que as gorduras apresentam baixas taxas de

biodegradação e acumulam no sistema de tratamento, fazendo com que os flocos de

lodo sejam arrastados para fora do sistema de tratamento (“wash out”), além de

favorecer a proliferação de bactérias filamentosas, devido à baixa disponibilidade de

oxigênio, tornando freqüentes os problemas com sedimentação do lodo (VIDAL et al.,

2000).

Segundo Chipasa e Medrzycka (2006), os lipídeos são degradados mais

lentamente pelos microrganismos presentes nos Lodos Ativados do que vários

substratos considerados como tendo baixa taxa de biodegradação como, por exemplo, os

açúcares e os aminoácidos. Na Tabela 2.3 são comparados os coeficientes cinéticos de

degradação de alguns ácidos graxos de cadeia longa, presentes nos efluentes de

laticínios estudados por Peil e Gaund (1971), com alguns substratos estudados por

Novak e Klaus (1973) em condições experimentais semelhantes. Como resultado, pode-

se afirmar que os ácidos graxos de cadeia longa apresentam coeficientes de degradação

10 a 100 vezes menores que os dos outros substratos avaliados.

20

Tabela 2.3: Constantes cinéticas de alguns ácidos graxos de cadeia longa e vários outros

substratos.

Ácidos graxos

Constantes cinéticas

(k, h-1)

Açúcares e outros

substratos

Constantes cinéticas

(k, h-1)

Açúcares e outros substratos

Constantes cinéticas (k, h-1)

Mirístico 0,0341 Glicose 0,49 Fenilalanina 0,33

Palmítico 0,0071 Lactose 0,53 Cisteina 0,16

Esteárico 0,0052 Sacarose 0,55 Ácido acético 0,36

Miristoleico 0,0420 Sorbitol 0,60 Ácido propiônico 0,38

Palmitoleico 0,0453 Alanina 0,33 Esgoto doméstico 0,49

Oleico 0,0440 Ácido glutâmico acid

0,78

Linoleico 0,0341 Serina 0,43

Linolênico 0,030 Histidina 0,50

Fonte: CHIPASA e MEDRZYCKA (2006)

De acordo com Mongkolthanaruk e Dharmsthiti (2002), a transferência de

oxigênio para a biomassa torna-se limitada pela formação de um filme lipídico na

interface de aeração do sistema ar/água e pela adsorção de material graxo nos flocos de

lodo.

21

A degradação biológica dos lipídeos é limitada e mais lenta do que outros

substratos, devido às propriedades físico-químicas das gorduras, como sua

insolubilidade em água e sua solidificação ou semi-solidificação à temperatura

ambiente. Além disso, a utilização de substratos insolúveis pelas células é controlada

pela transferência de substrato da fase insolúvel para a célula, especialmente quando a

atividade microbiana é alta (LEFEBVRE et al., 1998). Segundo Petruy e Lettinga

(1997), os lipídeos possuem pouca biodegradabilidade devido à sua baixa

biodisponibilidade. O depósito de elevadas concentrações de gordura na biomassa causa

a queda de eficiência de sistemas de tratamento biológico de efluentes contendo

elevados teores de óleos e graxas. Segundo Masse et al. (2003), os lipídeos representam

o componente limitante do tratamento no que diz respeito à remoção de sólidos em

suspensão. Além disso, Hrudey (1980) sugere que a hidrólise dos lipídeos a ácidos

graxos é uma etapa limitante na biodegradação dos lipídeos. Estudos realizados com

efluentes de indústria de laticínios mostram que eram comum ocorrer problemas como a

formação de “bulking”, espuma, crescimento de microrganismos filamentosos, má

sedimentação, baixas concentrações de oxigênio dissolvido nos tanques de lodo ativado

e altos níveis de sólidos em suspensão no efluente tratado, indicando a má qualidade do

efluente após tratamento (DANALEWICH et al., 1998).

Os métodos físicos de separação da gordura comumente utilizados nas indústrias

de laticínios são: caixas de gordura, separadores óleo/água e sistemas de flotação. No

entanto, estes sistemas não removem a gordura emulsionada do efluente, conferindo

problemas ao sistema de tratamento (MASSE et al., 2001). Além disso, se, por ventura,

ocorrer um aumento muito brusco no teor de gordura do efluente, estes equipamentos

não conseguem reter boa parte da gordura excedente, ficando os mesmos sub-

dimensionados, o que ocasiona uma série de danos indesejáveis. Segundo Jordão e

Pessoa (1995), alguns destes danos seriam a obstrução dos coletores; o acúmulo de

gordura nas unidades de tratamento, provocando odores desagradáveis e perturbações

no funcionamento dos dispositivos de tratamento; e a criação de uma película gordurosa

nos flocos microbianos, entre outros.

22

2.2.1.6. Parâmetros de operação recomendados

Para obtenção de uma maior eficiência do sistema de tratamento por lodos

ativados alguns parâmetros operacionais devem se encontrar dentro de uma estreita

faixa de valores, podendo-se destacar:

• Carga Orgânica Volumétrica (COV): representa a quantidade (massa) de matéria

orgânica, aplicada durante determinado período de tempo, por unidade de volume de

reator.

• Relação F/M: mede a razão entre o alimento presente no afluente e os microrganismos

presentes no tanque de aeração.

• Sólidos Suspensos Voláteis no Tanque de Aeração (SSVTA): estes sólidos são

tipicamente biológicos, representando a biomassa (microrganismos) produzida no

próprio biorreator, às expensas do substrato disponível.

• Tempo de Retenção Hidráulica (TRH): representa o tempo médio que um elemento de

volume permanece no interior do reator.

• Tempo de Residência Celular (TRC) ou Idade do Lodo: representa o tempo médio que

uma partícula em suspensão permanece sob aeração (VON SPERLING, 1997;

JORDÃO E PESSÔA, 1999; RAMALHO, 1983).

Os valores médios recomendados para a operação de sistemas de lodos ativados

estão resumidamente apresentados na Tabela 2.4. Nesta tabela encontram-se valores

recomendados para sistemas ditos convencionais, que tratam COV de 0,6 –1,6 kg

23

DBO/m3.d, e sistemas de aeração prolongada. Estes últimos são uma variante do

processo convencional, pois operam com TRH bastante elevados e tratam COV bem

menores.

Tabela 2.4: Alguns parâmetros recomendados para operação de lodos ativados no

tratamento de esgoto doméstico.

Parâmetros Operacionais – Lodos Ativados

Parâmetro Convencional Aeração Prolongada

COV (kgDBO/m3.d) 0,6-1,6 0,1-0,5

F/M (kgDBO/kgSVS. d) 0,3-0,8 0,08-0,15

SSVTA (mg/L) 1500-3500 2500-4000

TRH (h) 6-8 16-24

TRC (d) 4-10 18-30

Fonte: VON SPERLING (1997).

2.3. Choques de carga orgânica

Choques de carga orgânica podem causar desestabilização dos sistemas de

tratamento biológico, principalmente nos biorreatores em que a biomassa fica dispersa,

como os sistemas de lodo ativado. O quadro tende a se agravar quando a carga orgânica

24

dos choques é rica em lipídeos (gordura), já que estas são mais dificilmente degradadas

(OMIL et al., 2003).

Pernelle et al. (2001) estudaram a influência de choques de carga transitórios em

sistema de lodos ativados de fluxo contínuo tratando efluente sintético composto por

(g/L): DQO: 260, DBO: 155, NKT: 26, N-NH4+: 7, P-PO4

3-:1,2, carboidrato: 42,

gordura: 0,77 e proteína: 1,73. Como resultado, obteve-se um aumento na população de

bactérias filamentosas Nostocoida limicola, Haliscomenobacter hydrossis, Thiothrix e

do tipo 021N, sendo H. hydrossis a espécie que mais se proliferou. Os autores atribuem

este aumento aos choques de carga e, conseqüentemente, à rápida diminuição do teor de

oxigênio dissolvido no tanque de aeração.

Masse e Massé (2004) verificaram que, durante choques de carga orgânica e

hidráulica em reatores anaeróbios de batelada seqüencial (ASBR) tratando efluentes de

abatedouro, foram detectados efluentes com baixa qualidade e perda de biomassa. Os

reatores demoravam de duas a três semanas para voltar ao “steady-state” (regime

estacionário). Os valores médios de ácidos voláteis, sólidos suspensos e DQO durante

toda a operação foram de 58, 249 e 200 mg/L, respectivamente. Após os choques de

carga, foram obtidos valores máximos de 1642, 5626 e 10723 mg/L para os mesmos

parâmetros. O aumento da formação de ácidos voláteis, da concentração de sólidos

suspensos e da demanda química de oxigênio confirma a instabilidade do sistema

durante os choques de carga.

2.4. Enzimas no Tratamento de Efluentes

A utilização de enzimas no tratamento de efluentes tem sido uma alternativa ao

tratamento convencional e tem despertado o interesse de vários grupos de pesquisa,

25

como o de tecnologia ambiental (EQ/IQ-UFRJ) (ROSA, 2004). Estes biocatalisadores

atuam seletivamente sobre compostos específicos e podem aumentar a

biodegradabilidade de substâncias recalcitrantes ou tóxicas. Sua utilização oferece

algumas vantagens, como:

• facilidade no controle do processo;

• facilidade no manuseio e estoque;

• não requerimento de aclimatação;

• especificidade;

• aplicação em processos com baixa ou alta concentração de poluentes;

• ausência de efeitos por choque de carga e;

• ausência de lodo, uma vez que não há formação de biomassa (KARAM e

NICELL, 1997).

De acordo com Aitken (1993), são várias as aplicações das enzimas no

tratamento de diversos tipos de resíduos, podendo-se citar: a remoção de compostos

específicos de misturas complexas antes do tratamento biológico, o polimento de águas

residuárias tratadas ou de águas subterrâneas para enquadramento nos limites de

toxicidade, a remoção de compostos específicos em misturas diluídas para as quais os

tratamentos biológicos não podem ser aplicados, o tratamento de resíduos gerados

ocasionalmente ou em locais isolados, e o tratamento “in-plant” de águas residuárias

com alta concentração de poluentes e baixo volume, no próprio ponto de geração.

No entanto, a utilização de enzimas para o tratamento de efluentes deve seguir

alguns critérios, antes de sua aplicação, como por exemplo: os produtos gerados pela

reação devem ser menos tóxicos e mais biodegradáveis, sendo assim mais facilmente

removidos por tratamentos subseqüentes, a enzima deve ser capaz de catalisar

seletivamente a degradação do composto alvo no efluente real, deve ser ativa e estável

nas condições de tratamento, os reatores devem ser simples e as enzimas obtidas devem

ter o menor custo possível (AITKEN et. al., 1994).

26

No processo de tratamento de efluentes, a utilização de enzimas não pode elevar

os custos do processo, portanto, o uso de enzimas comerciais é economicamente

inviável, devido ao seu alto custo. Desta forma, é crescente a busca de alternativas

técnicas que tornem viáveis a produção de enzimas, como por exemplo, a produção

destas através do processo de fermentação em meio sólido utilizando como meio de

cultivo rejeitos agroindustriais (CASTILHO et al., 2000; FREIRE e CASTILHO, 2000).

A utilização de preparações enzimáticas obtidas por fermentação em meio sólido (FMS)

no pré-tratamento de efluentes com alto teor de gordura tem sido estudada pelo grupo de

tecnologia ambiental e biotecnologia microbiana (EQ/IQ – UFRJ) (CAMMAROTA et

al., 2001; LEAL et al., 2002; JUNG et al., 2002; ROSA, 2004; VALLADÃO, 2005;

CAMMAROTA e FREIRE, 2006; LEAL et al., 2006; ROSA et al., 2006).

2.5. Lipases

As lipases (glicerol éster hidrolases (EC 3.1.1.3)) compreendem um grupo de

enzimas hidrolíticas que atuam geralmente na interface orgânica-aquosa, como

catalisadoras em reações de hidrólise de ligações éster carboxílicas presentes em

acilgliceróis, liberando ácidos orgânicos e glicerol (JAEGER et al., 1994). São enzimas

de grande importância biotecnológica e disponíveis em grandes quantidades, sendo

encontradas em abundância nos tecidos e fluidos de origem animal e vegetal,

notadamente em microrganismos (MONDOLO, 2002).

Os substratos mais comuns das lipases são os triacilgliceróis de cadeia longa,

sendo que a hidrólise destes triacilgliceróis resulta na formação de diacilgliceróis,

monoacilgliceróis, ácidos graxos e glicerol, como ilustrado na Figura 2.3.

27

Figura 2.3: Hidrólise de triacilgliceróis pela ação de lipases.

Quando produzidas por fermentação microbiana, as lipases são, em sua maioria,

extracelulares, o que facilita os processos de extração e purificação das mesmas, além

de permitir fácil controle das condições de cultivo, que pode ser realizado em escala

industrial com baixos custos, grande versatilidade e maior simplicidade na manipulação

ambiental e genética de sua capacidade produtiva (FREIRE e CASTILHO, 2000).

Dentre os microrganismos produtores de lipases destaca-se o fungo filamentoso

Penicillium restrictum, isolado por Freire (1996), a partir de rejeitos industriais

provenientes do beneficiamento do babaçu.

A maioria das lipases requer a ativação interfacial (sítio ativo) para que possa

ocorrer o total rendimento da atividade catalítica (BALCÃO et al., 1996). Em grande

parte, na ausência de interface óleo/água, o sítio ativo é coberto por uma “tampa”, que

apresenta estrutura helicoidal, deixando-o inacessível ao substrato. Na presença de

substâncias hidrofóbicas, a tampa se abre, tornando os resíduos catalíticos acessíveis ao

substrato e expondo a superfície hidrofóbica da enzima, que interage com a fase lipídica

da interface (JAEGER et al., 1999).

Enzimas são utilizadas nas indústrias de detergentes e alimentícias (reações de

hidrólise), na indústria farmacêutica, de química fina, de cosméticos, de óleos e

gorduras, de couro, de polpa e papel, em aplicações biomédicas, como biossensores e no

tratamento de efluentes industriais (SAXENA et al., 2003).

28

Na Tabela 2.5 são apresentados alguns exemplos de aplicações industriais das

lipases.

Tabela 2.5: Exemplo de aplicações industriais das lípases.

Indústria Propriedade Catalítica Utilizada Produto

Laticínios Hidrólise da gordura do leite Agentes aromatizantes

Panificação Melhoramento do sabor/qualidade e prolongamento do tempo de prateleira

Produtos de panificação

Fermentação Melhoramento do aroma e aceleração da fermentação

Bebidas alcoólicas (saquê, vinho)

Molhos Melhoramento da qualidade pela hidrólise dos lipídios

Maionese, cremes

Processamento de carnes e peixes

Desenvolvimento de aromas e remoção do excesso de gordura

Produtos de carne e peixe

Processamento de óleos Transesterificações de óleos naturais Óleos e gorduras

Química Fina Síntese de ésteres, resolução de misturas racêmicas

Ésteres

Detergentes Digestão de manchas de óleos e lipídios Detergentes de uso doméstico

Farmacêutica Digestão de óleos e gorduras de alimentos Digestivos

Médica Análise de triglicérides no sangue Diagnósticos

Cosméticos Remoção de lipídeos Cosméticos em geral

Curtumes Remoção de gorduras de peles de animais Artigos de couro

Meio ambiente Decomposição e remoção de substâncias oleosas

Tratamento de efluentes

Fonte: KAMIMURA (2000).

2.6. Fermentação em meio sólido

Existem dois tipos de processos fermentativos: a fermentação submersa (FS) e a

fermentação em meio sólido (FMS). A quantidade de água livre no meio de cultura é

29

um dos parâmetros que difere estes dois processos. Na FS, a quantidade de sólidos não

ultrapassa 5%, enquanto na FMS o conteúdo de sólidos varia de 20 a 70% do peso total.

Portanto, a FMS é definida como o crescimento de microrganismos sobre materiais

sólidos, na ausência de água livre (MITCHELL et al., 2002).

A FMS possui como características: o meio de cultivo sem fase líquida com

baixa espessura, disponibilidade de água suficiente para o crescimento e metabolismo

dos microrganismos, a presença de substratos insolúveis em água, a absorção de

nutrientes do meio sólido pelos microrganismos, altas concentrações de inóculo,

obtenção de oxigênio predominantemente na fase gasosa, agitação facultativa,

crescimento fúngico com penetração das hifas no substrato sólido, células de bactérias e

leveduras crescem por adesão ao substrato sólido, e a geração de produtos mais

concentrados (MITCHELL et al., 2002; RIVERA-MUÑOZ et al., 1991).

Diversos parâmetros do processo de FES afetam o crescimento microbiano, tais

como a água disponível, o pH, a temperatura, a aeração e a concentração de substrato e

produtos. Entretanto, a umidade é um fator crucial para viabilizar o processo. O

aumento ou diminuição do conteúdo de água no meio sólido pode afetar o crescimento

do microrganismo e a produção dos metabólitos. Se a quantidade de água é insuficiente

e não permite uma boa difusão de solutos e gases, o metabolismo celular diminui ou

pode até parar devido à falta de substratos ou ao acúmulo de metabólitos inibitórios

dentro ou próximo à célula. Se a quantidade de água intra ou extracelular não permitir a

manutenção das propriedades funcionais de algumas enzimas, sua inativação pode

causar um desequilíbrio metabólico nas células. Além disso, a baixa transferência de

água pode levar à desnaturação da estrutura mecânica da membrana plasmática,

alterando todas as suas propriedades de permeabilidade e transporte através da

membrana, afetando a célula como um todo (GERVAIS e MOLIN, 2003).

O teor mínimo de água que o substrato deve conter para que ocorra a

fermentação é de 12%, visto que a maioria dos microrganismos não apresenta atividade

30

biológica em valores menores (CANNEL e MOO-YOUNG, 1980). Dentre os diversos

tipos de microrganismos capazes de crescer nestas condições, destacam-se os fungos

filamentosos sendo, por isso, os mais utilizados (LEAL, 2000).

A FMS apresenta como vantagens (RIVERA-MUÑOZ et al., 1991):

• Possibilidade de utilização de meios de cultivo simples e econômicos, como

resíduos agro-industriais;

• Menor volume de meio reacional;

• Condições semelhantes ao habitat natural dos fungos;

• Inoculação direta com esporos, não sendo necessária uma série de pré-cultivos;

• Reduzida probabilidade de contaminação devido aos baixos teores de umidade;

• Rendimentos normalmente superiores;

• Maior facilidade de recuperação do produto em função de sua maior

concentração e menor quantidade de água;

• Produção de enzimas extracelulares mais concentradas; e

• Emprego de equipamentos pequenos e de baixa complexidade.

Apesar de inúmeras vantagens, a FMS também apresenta algumas desvantagens,

dentre as quais pode-se destacar:

• Sistema heterogêneo;

• Elevado custo com energia quando há necessidade de agitação do substrato;

• Necessidade de um pré-tratamento do substrato;

• Monitoramento e controle de parâmetros dificultados;

• Intensa mão de obra e;

• Necessidade de grande quantidade de esporos (FREIRE e CASTILHO, 2000).

31

Vários estudos estão sendo conduzidos para utilização de enzimas produzidas

por FMS no tratamento de efluentes. Tais estudos têm como objetivo principal a

redução de custos, uma vez que a FMS pode utilizar substratos oriundos de rejeitos

industriais, tais como a torta de babaçu (GOMBERT et al., 1999), o resíduo da

prensagem de amendoim (BEUCHAT, 1982), e torta de gergelim (KAMINI et al.,

1998), entre outros. Neste contexto, um estudo apontou que a produção de lipase por

Penicillium restrictum por FMS em torta de babaçu reduz em 78% os custos de

investimentos em comparação com a FS (CASTILHO et al., 2000).

2.7. Tratamento de efluentes com alto teor de O&G utilizando enzimas

Efluentes de indústrias alimentícias são ricos em moléculas orgânicas

biodegradáveis e normalmente contem alto nível de gorduras e proteínas que possuem

baixo coeficiente de biodegradação (CAMMAROTA e FREIRE, 2006).

Altos teores de lipídeos nos efluentes causam grande impacto ambiental por que

estes criam filmes na superfície da água, impedindo a transferência de oxigênio do ar

atmosférico para a água, causando a morte de muitos organismos aquáticos. Uma

cultura mista, contendo uma cepa de Pseudomonas aeruginosa produtora de lipase, foi

aplicada no tratamento de efluente proveniente da cozinha de um hospital público. Este

consórcio microbiano apresentou maiores valores de remoção de óleos e graxas, num

curto intervalo de tempo (94% de remoção em 15 dias) quando comparado ao

tratamento realizado somente pelos microrganismos presentes no resíduo.

(MONGKOLTHANARUK e DHARMSTHITI, 2002).

Jeganathan et. al. (2006) utilizaram lipase de Candida rugosa para pré-

tratamento enzimático de água residuária com alto teor de gordura proveniente de uma

fábrica de ração animal. Estes autores conseguiram, utilizando uma etapa de pré-

32

tratamento com enzimas imobilizadas (atividade lipásica de 890 U/mg, a 35º C durante

3 dias) uma remoção de 65 e 69% de DQO e O&G respectivamente, contra 49 e 45%

para o biorreator utilizado como controle.

Leal et. al. (2006) estudaram efluentes de laticínios contendo elevados teores de

O&G (200, 600 e 1000 mg/L) tratados em dois biorreatores anaeróbios do tipo UASB

(Upflow Anaerobic Sludge Blanket), sendo um deles alimentado com efluente pré-

tratado por um pool de enzimas hidrolíticas produzidas pelo fungo P. restrictum em

fermentação em meio sólido e o outro com o efluente bruto. A hidrólise enzimática

ocorreu com 0,1% de PES (21,8 U/g de atividade lipásica) durante 14 horas a 35º C. As

remoções médias de DQO foram de 90% para o biorreator que recebeu o efluente pré-

hidrolisado, enquanto que para o biorreator que recebeu o efluente bruto a eficiência

decaiu de 91% para 82%, chegando-se à conclusão de que os biorreatores do tipo UASB

conseguem operar, sem muitos problemas operacionais, até 600 mgO&G/L.

Jung et al. (2002) também utilizaram pool enzimático no pré-tratamento de

efluentes de laticínios antes do tratamento biológico em batelada com lodo ativado,

sendo que a hidrólise enzimática ocorria com 0,2% de PES (11 U/g de ativdade lipásica)

a 30ºC durante 8 horas sob agitação constante de 120 rpm. Observou-se que, com o

aumento do teor de gordura de 600 para 800 mgO&G/L, a eficiência de remoção de

DQO caiu e o índice volumétrico do lodo atingiu altos valores no biorreator sem pré-

tratamento, resultando num efluente tratado de má qualidade. Por outro lado, no reator

alimentado com efluente hidrolisado a eficiência de remoção de DQO permaneceu alta,

mesmo com o aumento do teor de gordura para 800 mg/L (81,7% contra 5,5% de

remoção média de DQO no biorreator Controle), gerando efluentes tratados com boa

qualidade.

Rosa (2004) avaliou a pré-hidrólise enzimática de efluentes de laticínios antes do

tratamento biológico com lodo ativado em regime contínuo, usando um preparado

enzimático sólido (PES) obtido através de fermentação em estado sólido com

33

Penicillium restrictum. A etapa de hidrólise da gordura foi realizada a 30°C por 24 h

com 0,1% (m/v) de PES com atividade lipásica de 29 U/g. Como resultados, a autora

afirma que ambos biorreatores apresentaram resultados semelhantes de remoção de

demanda química de oxigênio (80 a 90%), porém a taxa de acúmulo de gordura nos

flocos do biorreator Controle foi 1,7 vezes maior que no Hidrolisado, mostrando a

eficiência do pré-tratamento enzimático em efluentes com elevados teores de óleos e

graxas. Medidas de parâmetros cinéticos revelaram que no reator alimentado com

efluente hidrolisado, a degradação da matéria orgânica foi facilitada em função do

menor acúmulo de gordura na superfície e interior dos flocos, favorecendo o transporte

e absorção de substratos e oxigênio. No trabalho de Rosa (2004) a adição de PES na

etapa de hidrólise foicontínua, implicando num consumo de cerca de 4 g/d para

alimentar o biorreator de 3,4L, com tempo de retenção hidráulica de 20 h. Considerando

um laticínio de porte médio, com produção de 10.000L/d de efluente, seriam

necessários 10 kg PES/dia. Mesmo considerando o baixo custo de produção da

fermentação em meio sólido (aproximadamente US$ 0.065/grama de torta fermentada),

a adição contínua de 0,1% de PES implicaria num custo (cerca de R$ 1430,00/d) e na

necessidade de produção e armazenagem de elevada quantidade de PES.

Neste trabalho, o mesmo sistema de lodos ativados foi empregado para se avaliar

a possibilidade de adição de PES somente em casos emergenciais, isto é, mediante

choques de carga de gordura, simulados pela adição periódica de um resíduo da

indústria de laticínios altamente concentrado em gordura. Diferentes durações dos

choques e intervalos entre os mesmos foram avaliados a fim de reduzir o custo de

aplicação do “pool” enzimático, sem prejudicar a eficiência do tratamento biológico.

34

3. MATERIAL E MÉTODOS

3.1. Equipamentos

Os equipamentos utilizados estão listados na Tabela 3.1.

Tabela 3.1: Lista de equipamentos utilizados ao longo do trabalho experimental.

Equipamento Fabricante Modelo

Agitador rotatório (“shaker”) New Brunswick -----

Balança Analítica Gehaka AG 200

Bloco Digestor para DQO Hach COD Reactor

Bomba de vácuo Primar 141

Câmara de fermentação Nova Ética -----

Câmara de fluxo laminar Quimis 115-003

Centrífuga Fanen 204-Sr

Espectrofotômetro Hach DR/2000

Estufa Ética 400-2

Freezer Electrolux Freezer/Cooler H400

Incubadora Nova Ética 430 RDB

Mixer Black & Decker -----

Mufla Fornos Lavoisier 400c

Oxímetro Digimed DM-4

Placas de Agitação Quimis Q-261-12

Potenciômetro Actron Dl-14

Rotoevaporador Fisatom 802

Titulador Automático Mettler DL 21

35

3.2. Fermentação em Meio Sólido

O microrganismo utilizado para a fermentação em meio sólido foi o fungo

filamentoso Penicillium restrictum, isolado a partir do rejeito industrial da extração de

óleo da amêndoa de babaçu, selecionado como um bom produtor de lipase (FREIRE,

1996).

A obtenção do inóculo foi realizada através do crescimento do fungo em placas a

30ºC por 7 dias num meio constituído por (em % m/v): amido solúvel 2,0, fosfato de

potássio monobásico 0,05, carbonato de cálcio 0,5, sulfato de magnésio 0,025, peptona

1,0, pH 5,5, óleo de oliva 1,0 e ágar 2,5. Os esporos foram retirados e suspensos com

tampão fosfato (0,1mol/L, pH 7,0) estéril, para posterior contagem em câmara de

Neubauer.

Como meio de cultivo basal foram utilizados rejeitos provenientes da extração

do óleo de babaçu (torta de babaçu), cedidos pela TOBASA BIOINDUSTRIAL S.A. O

material foi triturado e tamisado em peneiras da série Tyler 35 a 65 (diâmetro médio de

0,315mm), sendo sua composição descrita na Tabela 3.2.

Tabela 3.2: Composição da torta de babaçu (GOMBERT et al., 1999).

Composição Concentração (%, m/m)

Umidade 6,6

Proteínas 22,8

Carboidratos 61,8

Lipídeos 4,5

Cinzas 4,3

36

As fermentações foram realizadas em reatores cilíndricos (becher) de 600 mL

contendo 10g da torta de babaçu, suplementada com melaço (0,25% m/m) e esterilizada

em autoclave a 121ºC durante 15 minutos. Após a inoculação com a suspensão de

esporos (107 esporos/g de torta) as fermentações foram conduzidas a 70% de umidade,

na temperatura de 35ºC permanecendo estáticas por 20 horas (LEAL et al., 2005). Ao

final da FMS, uma alíquota de torta fermentada foi utilizada para determinação da

atividade lipásica. O restante da torta fermentada (PES) que era embalado em pequenos

sacos plásticos e estocado em freezer (-20ºC) até o momento de sua utilização.

3.2.1. Extração da enzima

A extração da enzima produzida foi realizada pela adição de 45mL de tampão

fosfato (0,1mol/L, pH 7,0) à torta fermentada, em agitador rotatório a 35ºC e 200 rpm,

durante 30 minutos. Posteriormente, a fração líquida foi separada por prensagem

manual e centrifugada a 3000 rpm por 5 minutos. O sobrenadante gerado (preparado

enzimático líquido) foi utilizado para dosagem da atividade lipásica (FREIRE, 1997).

3.3. Tratamento Biológico

3.3.1. Biorreatores Aeróbios

Dois sistemas de tratamento idênticos (lodos ativados) foram operados

simultaneamente sob regime contínuo, com tempo de retenção hidráulica médio de 24

horas.

Os biorreatores possuíam um tanque de aeração com volume útil de 3,4L, um

sedimentador com 0,3L e linha de reciclo de lodo sedimentado (Figura 3.1). Eram

agitados por um sistema interconectado, de forma a não haver oscilações na velocidade

37

de rotação (200 rpm). A aeração era feita por ar difuso (0,12 v.v.m.), conseguida pela

instalação de mangueiras fixadas à parede interna dos biorreatores e conectadas a

difusores porosos localizados no fundo dos mesmos. O fluxo de ar era obtido através de

um compressor de ar, controlado por manômetros e medido por rotâmetros. A operação

foi conduzida à temperatura ambiente (27±1ºC).

Figura 3.1: Desenho esquemático do sistema de tratamento.

3.3.2. Alimentação – Efluente semi-sintético

Os biorreatores foram alimentados com uma composição formulada para simular

um efluente de laticínios industriais, sendo constituída por: leite em pó desnatado da

marca Itambé e solução nutriente composta de uréia e fosfato monobásico de potássio o

suficiente para se obter uma relação DQO:N:P de 100:5:1, sendo o pH ajustado para

valores em torno de 7,0.

38

Inicialmente, foram utilizadas 2g/L de leite em pó e 35 mL da solução nutriente

contendo 52,8 g de KH2PO4/L e 128,4 g de uréia/L de água destilada, visando obter

3000 mg/L de DQO total (DQOT). Ambos, leite em pó e solução nutriente foram

diluídos em água da torneira. Depois do primeiro choque de carga, os biorreatores

passaram a apresentar relação F/M acima do recomendado pela literatura (VON

SPERLING, 1997). Para solucionar o problema, a partir do 163º dia de operação, o

efluente semi-sintético teve a DQOT reduzida para 2000 mg/L, passando então a ser

constituído por 1 g/L de leite em pó desnatado, sendo a solução nutriente corrigida

proporcionalmente.

Para obtenção do teor de óleos e graxas desejado foi utilizada a gordura

proveniente de um laticínio da cidade de São Carlos-SP. Esta foi caracterizada em

termos de teor de óleos e graxas (O&G) e estocada em freezer até ser utilizada na

preparação do efluente. Análises de O&G foram realizadas na composição de

alimentação para comprovar o teor desejado, sendo este corrigido sempre que

necessário.

3.3.3. Operação

Foi dado o “start-up” dos sistemas de tratamento utilizando-se 1,5L de lodo

aeróbio utilizado em experimento anterior, adaptado à mesma composição de efluente

semi-sintético, que estava armazenado sob refrigeração por aproximadamente 30 dias

(RIBEIRO et. al., 2005). Os biorreatores permaneceram em batelada durante 24 horas

com o efluente semi-sintético. Após este período, a agitação e aeração foram desligadas

e ocorreu a sedimentação do lodo. O sobrenadante foi retirado do sistema por sifonação

e a alimentação passou a ser feita de forma contínua. Neste regime os biorreatores

operaram com efluente semi-sintético, sem adição de gordura, durante 96 dias. Ao se

verificar a obtenção de resultados estáveis em termos de remoção de DQOT (“steady-

state”), passou-se a uma nova etapa, agora com a adição de 400 mgO&G/L,

permanecendo assim durante 29 dias, quando foram iniciados os choques de carga com

39

gordura. A etapa de alimentação com 400 mgO&G/L se deu para adaptar a biomassa à

gordura e demais constituintes adicionados com o resíduo de laticínio (proteínas do

leite, lactose, entre outros) usado para se obter os teores de O&G desejados. Tendo em

vista que este teor pode ser assimilado pela biomassa sem problemas operacionais por

um tempo bastante longo (ROSA, 2004), as observações efetuadas após os choques

poderiam ser atribuídas somente a mudanças bruscas do teor de O&G e carga orgânica.

3.3.4. Choques de Carga com Gordura

Os choques de carga com gordura foram realizados através da alimentação dos

biorreatores com meios mantidos à temperatura ambiente, em becher de 2 litros, sob

agitação constante e suficiente para homogeneização dos mesmos. Os meios foram

compostos pelo efluente semi-sintético de laticínios acrescido de 1200 mg O&G/L,

sendo que no biorreator Teste era também adicionada torta fermentada (PES), com

atividade lipásica média de 20,5 U/g, diretamente dentro do tanque de aeração do

biorreator, dispensando-se a etapa de pré-hidrolise. A quantidade de PES foi calculada

de modo se obter uma concentração dentro do biorreator, logo após o choque, de 0,1 %

(m/v). Do becher de alimentação dos choques, eram retiradas alíquotas de 20 mL no

início e ao término do período estipulado, para determinação do teor de ácidos livres

liberados.

Inicialmente foi fixada a duração dos choques (2 horas de alimentação contínua

à mesma vazão de operação normal) e variou-se a periodicidade em: 1 choque a cada

mês (mensal), 1 choque a cada 15 dias (quinzenal) e 1 choque por semana (semanal).

Em seguida, fixou-se 1 choque por semana e passou-se a variar sua duração, de 2h para

8h e 16h.

40

3.4. Parâmetros Monitorados

Os biorreatores foram monitorados através de medidas diárias de pH,

temperatura, vazão, turbidez e demanda química de oxigênio total (DQOT), enquanto

medidas de sólidos suspensos totais, fixos e voláteis, nos biorreatores e nas linhas de

reciclo, óleos & graxas no lodo, ácidos livres (AL) e fotomicrografias foram feitas após

cada choque de gordura. Também foram determinados o índice volumétrico de lodo

(IVL), a idade do lodo e a relação alimento/microrganismo (F/M). Todas as análises

foram conduzidas de acordo com procedimentos descritos no Standard Methods

(APHA, 1992).

3.5. Métodos analíticos

3.5.1. Determinação da Atividade Lipásica

A atividade lipásica foi determinada utilizando-se uma emulsão composta por

5% (m/v) de óleo de oliva emulsionado por 3 minutos com 10% (m/v) de goma arábica

em tampão fosfato de sódio (0,1 mol/L, pH 7,0). Em 19 mL desta emulsão adicionou-se

1 mL do preparado enzimático, sendo este material incubado a 43ºC por 15 minutos a

200 rpm. A reação foi interrompida pela adição de uma solução de acetona:etanol (1:1

v/v), para extração dos ácidos graxos liberados. Os ácidos graxos foram titulados em

titulador automático até pH 11,0, com solução de NaOH 0,04 mol/L. Os brancos

reacionais foram obtidos adicionando-se o preparado enzimático antes da titulação.

Uma unidade de atividade lipásica foi definida como a quantidade de enzima que libera

1 µmol de ácido graxo por minuto, nas condições do ensaio (FREIRE et al., 1997),

sendo determinada pela equação 3.1:

a

b

Vt

mVVA

.

1000.).( −= (3.1)

41

Onde:

A = atividade lipásica (U/mL)

V = volume de solução de NaOH gasto na titulação da amostra

Vb = volume de solução de NaOH gasto na titulação do branco (ml)

m = concentração da solução de NaOH (milimoles/ml)

t = tempo de reação (minutos)

Va = volume de amostra (ml)

A atividade lipásica por grama (U/g) foi calculada pela multiplicação da

atividade enzimática no extrato líquido (U/ml) pelo volume de tampão utilizado na

extração, e divisão pelo peso seco da torta fermentada.

3.5.2. Turbidez

A turbidez das amostras da corrente efluente foi medida através de leituras de

absorbância em comprimento de onda de 450 nm em espectrofotômetro Hach,

empregando-se cubetas de 3 cm de caminho ótico (MANUAL HACH, 1995).

3.5.3. Demanda Química de Oxigênio Total

A DQOT foi determinada em alíquotas do meio de alimentação e no

sobrenadante do sedimentador secundário, empregando-se o método colorimétrico

padrão de refluxo fechado (Hach), com K2Cr2O7 em meio ácido, contendo Ag2SO4

como catalisador e HgSO4 para eliminar a interferência de cloretos presentes na

amostra. As amostras das correntes afluente e efluente aos biorreatores foram diluídas

42

(quando necessário) de forma adequada para as faixas de DQO contempladas pelo

método. Logo em seguida eram adicionadas as soluções para o ensaio, sendo os tubos

colocados no digestor Hach a 150º durante 2 horas. Após resfriamento em temperatura

ambiente era realizada a leitura direta em espectrofotômetro. Os brancos foram

preparados com água destilada substituindo as amostras. Os valores de absorbância a

600 nm foram convertidos em DQO através de uma curva padrão previamente

preparada utilizando-se biftalato de potássio como substância padrão (APHA, 1992).

3.5.4. Sólidos Suspensos Totais (SST), Fixos (SSF) e Voláteis (SSV)

Cápsulas de porcelana foram taradas em mufla por 30 minutos a 550°C,

resfriadas em dessecador e pesadas, obtendo-se P1. Volumes idênticos do licor misto

(lodo + efluente) e do lodo da linha de reciclo foram retiradas e centrifugadas a 3000

rpm por 15 minutos, de ambos biorreatores. Após descarte do sobrenadante, o resíduo

era transferido para a cápsula e aquecido em estufa (105ºC) até peso constante (P2). A

cápsula era, então, novamente levada à mufla (550ºC, 30 minutos) e resfriada em

dessecador, obtendo-se P3. Os SST, SSF e SSV foram calculados de acordo com as

equações 3.2 a 3.4 a seguir:

=SSTaV

PP6

12 10).( − (3.2)

=SSFaV

PP6

13 10).( − (3.3)

=SSVaV

PP6

32 10).( − (3.4)

Sendo:

SST = sólidos suspensos totais (mg/L)

43

SSF = sólidos suspensos fixos (mg/L)

SSV = sólidos suspensos voláteis (mg/L)

P1 = peso da cápsula tarada (g)

P2 = peso do conjunto (cápsula + resíduo) depois da estufa (g)

P3 = peso do conjunto (cápsula + resíduo) depois da mufla (g)

Va = volume de amostra centrifugada (ml)

3.5.5. Óleos & Graxas

A determinação do teor de O&G na alimentação e no lodo dos biorreatores foi

feita através de extração em Soxhlet, utilizando hexano como solvente, de acordo com

procedimento padrão (APHA, 1992). As amostras dos efluentes foram acidificadas com

5 ml/L de HCl diluído (1:1 v/v) e filtradas em disco de papel de filtro Whatman número

4, coberto com uma camada de diatomita, obtida pela filtração de uma suspensão

aquosa (5% m/v) de terra diatomácea. As amostras de licor misto foram também

acidificadas com HCl, centrifugadas por 20 minutos a 3000 rpm e o sobrenadante

desprezado. Ao lodo centrifugado foi adicionado MgSO4.7H2O previamente seco em

estufa para solidificar a amostra que foi macerada e colocada em papel de filtro. As

amostras preparadas foram colocadas dentro de um cartucho de extração previamente

descontaminado pela extração com hexano por 2 horas. Os cartuchos com as amostras

foram colocados na estufa a 105°C por 30 minutos para secar. A análise foi realizada

utilizando-se balões limpos com pérolas de vidro, previamente tarados após secagem a

105°C e resfriamento em dessecador, obtendo-se P1. Em cada balão eram colocados 200

mL de hexano, sendo estes conectados ao extrator de Soxhlet contendo o cartucho com

a amostra. A extração com hexano foi realizada a uma velocidade de 20 ciclos por hora

durante 4 horas. Após esse período, o hexano foi evaporado em rotoevaporador e o

balão contendo os resíduos oleosos colocado para secar em estufa a 105°C até peso

constante e, após resfriamento, pesado obtendo-se P2.

44

O teor de O&G da alimentação dos biorreatores foi determinado pela equação

3.5 a seguir:

( )

Va

PPGO

612 10.

&−

= (3.5)

onde:

O&G = teor de óleos e graxas (mg/L)

P1 = peso do balão + pérolas de vidro (g)

P2 = peso do balão + pérolas de vidro + resíduo gorduroso (g)

Va = volume da amostra filtrada (ml)

O teor de O&G do lodo dos biorreatores foi determinado com base no peso seco

(SST) e úmido do mesmo, utilizando-se a equação 3.6:

( )

su SS

PPGO

.

100.& 12 −

= (3.6)

onde:

O&G = teor de óleos e graxas no lodo (%, em base seca)

P1 = peso do balão + pérolas (g)

P2 = peso do balão + pérolas + resíduo gorduroso (g)

Su = peso dos sólidos úmidos (g)

Ss = fração dos sólidos secos

3.5.6. Determinação do teor de ácidos livres

Foram retiradas amostras (20 mL) do efluente semi-sintético do tanque de

alimentação dos choques (becher 2L). A estas era adicionada uma mistura

acetona:etanol (1:1 v/v), para paralisação da atividade enzimática. As aliquotas foram

tituladas em titulador automático (Mettler DL 21) até pH final 11,0 com solução de

45

NaOH 0,04 mol/L. O teor final de ácidos livres foi obtido através da média aritmética

dos resultados das medidas em duplicata e calculado segundo a equação 3.7 a seguir:

( ) ( )

Va

NaOHMNaOHVAL

1000..= (3.7)

onde:

AL = teor de ácidos livres (µmol/mL)

V (NaOH) = volume de solução de NaOH gasto na titulação (mL)

M (NaOH) = concentração da solução de NaOH (mmol/mL)

Va = volume de amostra (mL)

3.5.7. Índice Volumétrico de Lodo

O IVL foi determinado transferindo-se 1 litro do licor misto de dentro do tanque

de aeração de cada biorreator para uma proveta de 1L, onde permanecia decantando por

30 minutos. O volume de lodo sedimentado após este tempo era lido. O cálculo era

realizado levando-se em consideração o peso seco do lodo (SST), utilizando-se a

equação 3.8:

PS

VLSIVL

310.= (3.8)

onde:

IVL = índice volumétrico do lodo (mL/g)

VLS = volume de lodo sedimentado (mL/L)

PS = peso seco do lodo (mg/L)

46

3.5.8. Relação Alimento/Microrganismo (F/M)

A relação alimento/microrganismo (F/M) baseia-se no conceito de que a

quantidade de alimento disponível por unidade de massa dos microrganismos está

relacionada à eficiência do sistema (VON SPERLING, 1997), sendo expressa pela

equação 3.9 como:

( )

v

e

XV

SSQ

M

F

.

. 0 −= (3.9)

Onde:

F/M = relação alimento/microrganismo (kgDQOT/kg SSV.d)

Q = vazão afluente (m3/d)

S0 - Se = concentração de DQOT consumida pelos microrganismos (g/m3)

V = volume do reator (m3)

Xv = concentração de sólidos em suspensão voláteis no reator (g/m3)

3.5.9. Idade do lodo

A idade do lodo, que representa o tempo médio que uma partícula de lodo

permanece no sistema, foi calculada através da razão entre a massa de lodo no interior

do tanque de aeração e a taxa de retirada de lodo do sistema (massa de lodo na unidade

de tempo retirada na purga (QwXw), no licor misto (VaX) e com o efluente tratado

(QeXe)). A concentração de sólidos voláteis suspensos no efluente tratado foi obtida

através de curvas de correlação entre turbidez (medida diariamente) e concentração de

SSV (conforme apresentado no Anexo 1). A idade do lodo foi calculada segundo a

equação 3.10.

47

TRC = V X (3.10)

QeXe + QwXw + VaX

Onde:

V = volume do biorreator (3,4L)

X = concentração de SSV no biorreator (mg/L)

Qe = vazão efluente do biorreator (3,45 L/d, em média)

Xe = concentração de SSV no efluente tratado (mg/L), obtida de curvas de correlação

entre turvidez medida e SSV

Qw = vazão de purga do lodo sedimentado ao fundo do sedimentador (L/d)

Xw = concentração de SSV na linha de reciclo (mg/L)

Va = volume amostrado para análises de O&G e SSLM (L/d)

3.5.10. Observações microscópicas do lodo ativado

Após cada choque de gordura foram coletadas amostras dos lodos dos

biorreatores para observação em microscópio óptico. As amostras foram coletadas do

tanque de aeração e uma gota foicolocada na lâmina para observação, em campo claro,

sob dois aumentos (40 e 100 vezes) a fim de analisar a forma dos flocos do lodo ativado

em cada situação. Fotos das amostras foram feitas com máquina digital Nikon, com

resolução espacial 3,34 megapixels, acoplada ao microscópio. A caracterização da

microfauna presente nos lodos ativados foi feita de acordo com Bento et al. (2005).

3.5.11. Análise estatística dos dados.

Os dados de DOQT afluente e efluente, da relação SSVLM/SSTLM, e do

acúmulo de gordura nos flocos do lodo microbiano nos biorreatores Controle e Teste

foram analisados estatisticamente com auxílio do software “STATISTICA 7,0”,

utilizando o teste “t” de Student com 95% de confiança.

48

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1. Generalidades

Os resultados obtidos serão abordados separadamente, de acordo com o período

estudado (alimentação sem gordura, com 400 mgO&G/L e após os choques) a fim de

facilitar a sua discussão e compreensão.

Os biorreatores operaram com temperaturas de 27 ± 1ºC e vazão média de 2,4 ±

0,3 mL/min, o que resultou em um tempo de retenção hidráulica médio de 23,6 horas,

caracterizando os biorreatores como lodos ativados de aeração prolongada.

Os dados referentes ao biorreator Controle serão representados por “C” e os

referentes ao biorreator Teste por “T”, já as letras “A” e “E” indicam afluente e

efluente, respectivamente. As setas vermelhas nas Figuras referem-se aos dias dos

choques de gordura.

Apesar da nomenclatura “choque de carga orgânica” ser aplicada a aumentos

bruscos da carga orgânica por períodos de curta duração, esta será empregada para

denotar a operação dos biorreatores mediante alimentação com efluente semi-sintético

contendo elevado teor de gordura (1200mgO&G/L) por diferentes períodos de tempo.

A Tabela 4.1 apresenta os valores médios dos parâmetros monitorados.

49

Tabela 4.1: Valores médios e desvios-padrão dos parâmetros analisados.

PARÂMETROS ANALISADOS (Valores médios)

Regime Choques

Sem Gordura 400 mgO&G/L Mensais Quinzenais Semanais

Duração dos Choques (horas)

- - 2 2 2 8 16

Duração do Regime (dias) 99 29 39 (1 choque) 61 (4 choques) 49 (6 choques) 21 (3 choques) 18 (3 choques)

C 6,34 ± 0,71 6,06 ± 0,80 7,11 ± 0,31 6,93 ± 0,32 7,04 ± 0,40 7,23 ± 0,46 7,35 ± 0,41 pH Afluente

T 6,29 ± 0,67 6,20 ± 0,72 7,07 ± 0,23 6,93 ± 0,35 6,88 ± 0,38 7,10 ± 0,46 7,38 ± 0,50

C 6,39 ± 0,72 6,16 ± 0,59 6,53 ± 0,65 7,16 ± 0,61 6,81 ± 0,64 6,74 ± 0,78 7,24 ± 0,86 pH Efluente

T 6,56 ± 0,72 6,44 ± 0,68 7,08 ± 0,66 6,84 ± 0,63 7,04 ± 0,68 6,58 ± 0,71 6,60 ± 1,09

DQO Afluente C 2234 ± 293 2613 ± 479 2897 ± 493 1858 ± 185 1764 ± 301 1620 ± 207 1686 ± 178

(mg/L) T 2277 ± 302 2694 ± 404 2970 ± 480 1819 ± 220 1731 ± 249 1647 ± 220 1737 ± 177

DQO Efluente C 221 ± 178 223 ± 116 245 ± 206 358 ± 185 305 ± 251 217 ± 180 223 ± 125

(mg/L) T 211 ± 161 204 ± 148 350 ± 152 198 ± 81 181 ± 99 109 ± 86 121 ± 93

Remoção C 90 ± 8 91 ± 4 91 ± 10 81 ± 10 83 ± 14 87 ± 11 86 ± 8

de DQO (%) T 90 ± 7 92 ± 6 88 ± 7 89 ± 4 90 ± 5 93 ± 6 93 ± 5

Turbidez Efluente C 50 ± 48 77 ± 74 87 ± 91 159 ± 100 104 ± 116 104 ± 118 109 ± 87

(FTU) T 67 ± 73 66 ± 77 144 ± 82 75 ± 62 70 ± 61 32 ± 37 44 ± 46

SSFLM C 350 ± 177 214 ± 68 231 ± 38 118 ± 85 225 ± 60 117 ± 63 175 ±6

(mg/L) T 313 ± 153 315 ± 110 318 ± 121 131 ± 37 219 ± 55 147 ± 75 174 ± 51

SSVLM C 3304 ± 1392 2732 ± 693 2764 ± 471 1711 ± 869 2600 ± 678 1851 ± 1150 2537 ±497

(mg/L) T 2938 ± 532 3447 ± 840 3705 ± 1336 2208 ± 453 3240 ± 846 3119 ± 1503 2262 ±333

SSTLM C 3654 ± 1486 2946 ± 745 2996 ± 483 1829 ± 934 2825 ± 732 1968 ± 1208 2712 ±503

(mg/L) T 3251 ± 583 3763 ± 946 4023 ± 1453 2338 ± 484 3460 ± 891 3266 ± 1542 2437 ±354

50

Tabela 4.1: Valores médios e desvios-padrão dos parâmetros analisados (cont.). PARÂMETROS ANALISADOS (Valores médios)

Regime Choques

Sem Gordura 400 mgO&G/L Mensais Quinzenais Semanais

Duração dos Choques (horas)

- - 2 2 2 8 16

SSF Reciclo C 522 ± 232 1390 ± 1764 482 ± 154 285 ± 206 440 ± 218 418 ± 166 523 ±128

(mg/L) T 442 ± 186 736 ± 373 530 ± 292 349 ± 195 434 ± 222 354 ± 62 230 ±64

SSV Reciclo C 4748 ± 2672 6202 ± 1501 6106 ± 1896 3923 ± 2175 4462 ± 1825 5091 ± 1243 5771 ± 970

(mg/L) T 4278 ± 2913 6662 ± 2131 5542 ± 2362 4314 ± 2013 5556 ± 2901 6924 ± 1716 3440 ±1005

SST Reciclo C 5270 ± 2853 7592 ± 1854 6588 ± 2041 4208 ± 2366 4901 ± 2041 5508 ±1403 6294 ±1093

(mg/L) T 4720 ± 3026 7398 ± 2458 6072 ± 2646 4662 ± 2200 5990 ± 3116 7278 ± 1752 3670 ± 1080

F/M C 0,7 ± 0,3 1,0 ± 0,3 0,9 ± 0,3 1,2 ± 0,6 0,7 ± 0,2 1,0 ± 0,5 0,6 ± 0,2

(mgDQO/mgSVS.d) T 0,7 ± 0,2 0,8 ± 0,3 0,8 ± 0,3 0,8 ± 0,3 0,5 ± 0,1 0,6 ± 0,4 0,7 ± 0,3

Idade do Lodo C 29 17 16 6 19 11 15

(d) T 21 23 14 15 31 35 22

0&G Lodo C – 8 36 20 ± 12 27 ± 31 42 ± 30 56 ± 27

(%) T – 4 7 6 ± 3 14 ±18 16 ± 13 17 ± 4

IVL C – – 225 ± 187 324 ±248 163 ± 53 184 ± 128 159 ± 77

(mL/g) T – – 183 ± 136 217 ± 136 136 ± 83 63 ± 3 77 ± 21

51

4.2. pH

O pH é um importante parâmetro, pois a existência de grande parte da vida

biológica só é possível dentro de estreitos limites de variação (6,0 e 8,0), não se

tolerando, na maioria das vezes, níveis acima de 9,5 ou abaixo de 4,0 (DANALEWICH

et al., 1998).

Os valores médios e os desvios-padrão de pH observados no afluente e efluente

dos biorreatores estão descritos na Tabela 4.2.

Tabela 4.2: Valores médios de pH nos biorreatores Controle e Teste, nos períodos

estudados.

pH (valores médios) Regime Choques Mensais Quinzenais Semanais

Sem Gordura

400 mg/L 2h 2h 2h 8h 16h

C 6,34 ± 0,71 6,06 ± 0,80 7,11 ± 0,31 6,93 ± 0,32 7,04 ± 0,40 7,23 ± 0,46 7,35 ± 0,41 pH Afluente T 6,29 ± 0,67 6,20 ± 0,72 7,07 ± 0,23 6,93 ± 0,35 6,88 ± 0,39 7,10 ± 0,46 7,38 ± 0,50

C 6,39 ± 0,72 6,16 ± 0,59 6,53 ± 0,65 7,16 ± 0,61 6,81 ± 0,64 6,74 ± 0,78 7,24 ± 0,86 pH Efluente T 6,56 ± 0,72 6,44 ± 0,68 7,08 ± 0,66 6,84 ± 0,63 7,04 ± 0,68 6,58 ± 0,71 6,60 ± 1,09

Nota-se que os valores de pH se mantiveram próximos da neutralidade, sem

muita variação, o que contribuiu positivamente para o crescimento dos microrganismos.

No entanto, logo após os choques de gordura de maior duração, principalmente nos de

16h, foi observada uma queda no pH do efluente dos biorreatores, atingindo-se valores

próximos de 5,0 (biorreator Teste, regime dos choques de 16 horas de duração). Esta

redução de pH pode ser explicada pela liberação de ácidos graxos no meio pela ação de

microrganismos presentes no efluente e gordura (em menor proporção, no biorreator

Controle) e pela ação da lipase presente no PES (no biorreator Teste).

52

4.3. Demanda Química de Oxigênio (DQOT)

4.3.1. Regime sem adição de gordura e com 400 mgO&G/L (adaptação)

O lodo aeróbio utilizado como inóculo para o “start-up” dos biorreatores

permaneceu sob refrigeração por um período de aproximadamente 30 dias, havendo

necessidade de um período de adaptação. Para tal, os biorreatores foram alimentados

continuamente, durante 99 dias, com efluente semi-sintético de laticínios sem adição de

gordura e, posteriormente, com 400 mgO&G/L durante 29 dias.

Os valores médios de DQOT, afluente e efluente dos biorreatores, durante estes

períodos estão representados na Tabela 4.3.

Tabela 4.3: Valores médios de DQOT afluente e efluente e de remoção de DQOT dos

biorreatores nos regimes sem gordura e com 400mgO&G/L.

DQO (valores médios) Regime

Sem Gordura 400 mgO&G/L

C 2234 ± 293 2613 ± 479 DQO Afluente

T 2277 ± 302 2694 ± 404

C 221 ± 178 223 ± 116 DQO Efluente

T 211 ± 161 204 ± 148

53

A variação da DQOT afluente e efluente dos biorreatores ao longo do tempo pode ser

visualizada nas Figuras 4.1 e 4.2.

Figura 4.1: DQOT afluente e efluente do biorreator Controle durante os regimes sem

gordura e com 400mgO&G/L.

Figura 4.2: DQOT afluente e efluente do biorreator Teste durante os regimes sem

gordura e com 400mgO&G/L.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 20 40 60 80 100 120

Dias de Operação

DQ

O (

mg

/L)

AC

EC

sem gordura 400 mgO&G/L

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 20 40 60 80 100 120

Dias de Operação

DQ

O (

mg

/L)

AT

ET


54

Nota-se que os valores e as oscilações da DQOT afluente aumentaram quando se

passou a utilizar gordura adicionada ao afluente. Os desvios-padrão médios aumentaram

de 293 – 302 mg/L (13,1 – 13,3%) para 479 – 404 mg/L (18,3 – 15,0%), denotando a

heterogeneidade do meio devido a presença de partículas de gordura suspensas. Já os

valores e oscilações da DQOT efluente permaneceram semelhantes, apresentando uma

redução dos desvios-padrão após a introdução de 400 mgO&G/L no meio de

alimentação. Os desvios-padrão foram reduzidos de 178 – 161 mg/L (80,5 – 76,3%)

para 116 – 148 mg/L (52,0 – 72,5%), o que pode ser resultado da progressiva adaptação

do lodo e estabilização dos biorreatores.

As eficiências de remoção de DQOT nos dois biorreatores estão representadas na

Figura 4.3.

Figura 4.3: Eficiência de remoção de DQOT nos biorreatores nos regimes sem gordura e

com 400mgO&G/L.

Verifica-se na Figura 4.3 que a remoção de DQO foi bastante estável, variando

de 90 ± 8 para 91 ± 4 no biorreator Controle e de 90 ± 7 para 92 ± 6 no biorreator Teste

após a mudança de alimentação sem gordura para 400 mgO&G/L.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120

Dias de Operação

% R

em

oç

ão

Controle

Teste


55

Rosa (2004) estudou o comportamento de dois biorreatores de lodos ativados

operando sob as mesmas condições e obteve eficiências médias de remoção de DQO de

amostras centrifugada de 85 ± 7% e 91 ± 4 % no regime sem adição de gordura, e 78 ±

8 % e 87 ± 4% no regime com 400 mgO&G/L para os biorreatores Controle e Teste,

respectivamente, notando uma discreta queda na eficiência dos biorreatores. Jung et al

(2002), no entanto, observaram que, utilizando lodos ativados em bateladas de 24 horas,

não houve nenhuma diferença representativa na remoção de DQO entre os biorreatores

Controle e Hidrolisado quando os mesmos foram alimentados com efluente contendo

400 mg O&G/L, à semelhança dos resultados encontrados neste trabalho.

4.3.2. Choques mensais

Depois de estabelecido o regime estacionário, em termos de remoção de DQOT,

iniciaram-se os choques mensais de gordura. Inicialmente, foram planejados três

choques mensais com duas horas de duração, mas próximo ao dia de operação em que

seria dado o segundo choque mensal, os biorreatores apresentaram baixa

sedimentabilidade do lodo, altos valores da relação “F/M” e da turbidez na corrente de

saída, sendo necessário a redução da DQOT afluente e um novo período para

estabilização dos sistemas de lodos ativados. Portanto, ao final deste período, passou-se

a realizar os choques quinzenais, tendo sido realizado apenas um choque mensal.

Os valores médios de DQOT afluente e efluente dos biorreatores durante este

período estão representados na Tabela 4.4. A variação da DQOT afluente e efluente dos

biorreatores ao longo do tempo pode ser visualizada nas Figuras 4.4 e 4.5.

56

Tabela 4.4: Valores médios de DQOT afluente e efluente dos biorreatores após o

primeiro choque.

DQO (valores médios)

Choque Mensal

Média DP

C 2897 493 DQO Afluente

T 2970 480

C 245 206 DQO Efluente

T 350 152

Figura 4.4: DQOT afluente e efluente do biorreator Controle após o primeiro choque

(indicado pela seta em vermelho).

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

128 133 138 143 148 153 158 163 168

Dias de Operação

DQ

O (

mg

/L)

ACEC

57

Figura 4.5: DQOT afluente e efluente do biorreator Teste após o primeiro choque


A partir do 163º dia de operação, o efluente semi-sintético teve sua concentração

de matéria orgânica diminuída (DQOT reduzida de aproximadamente 3000 mg/L para

2000 mg/L), visando a redução da relação F/M, já que a mesma se encontrava muito

acima do recomendado pela literatura (VON SPERLING, 1997) em ambos biorreatores.

A DQOT efluente do biorreator Controle aumentou a partir do 163º dia,

provavelmente pela presença de bactérias livres e debris celulares em suspensão em

decorrência da mudança de concentração de substrato disponível (METCALF e EDDY,

1991).

As eficiências de remoção de DQOT nos dois biorreatores estão representadas na

Figura 4.6.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

128 133 138 143 148 153 158 163 168

Dias de Operação

DQ

O (

mg

/L)

ATET

58

Figura 4.6: Eficiência de remoção de DQOT nos biorreatores após o primeiro choque


Nota-se que as eficiências dos dois biorreatores sofreram poucas variações logo

depois do primeiro choque, sendo o valor médio de remoção de 91 ± 10% para o

biorreator Controle e 88 ± 7% para o biorreator Teste. A queda na eficiência do

biorreator Controle ao final do período deve-se provavelmente à redução da carga

orgânica afluente, conforme anteriormente explicado.

4.3.3. Choques quinzenais

Nesta etapa foram realizados três choques, também com duas horas de duração,

sendo o intervalo entre eles de quinze dias.

0

20

40

60

80

100

128 133 138 143 148 153 158 163 168

Dias de Operação

% R

em

oção

Controle

Teste

59

Os valores médios da DQOT afluente e efluente dos biorreatores estão

representados na Tabela 4.5. A variação da DQOT afluente e efluente dos biorreatores

ao longo do tempo de operação pode ser visualizada nas Figuras 4.7 e 4.8.

Tabela 4.5: Valores médios de DQOT afluente e efluente dos biorreatores durante o

período de choques quinzenais.


Choques Quinzenais

Média DP


T 1819 220


T 198 81

Pelos resultados apresentados, pode se observar maior eficiência na remoção da

DQOT e menores oscilações (DP) no biorreator Teste, comparado ao biorreator

Controle.

60

Figura 4.7: DQOT afluente e efluente do biorreator Controle durante o período de

choques quinzenais (indicados pelas setas em vermelho).

Figura 4.8: DQOT afluente e efluente do biorreator Teste durante o período de choques

quinzenais (indicados pelas setas em vermelho).

0

500

1000

1500

2000

2500

168 174 180 186 192 198 204 210 216 222 228

Dias de Operação

DQ

O (

mg

/L)

ACEC

0

500

1000

1500

2000

2500

168 174 180 186 192 198 204 210 216 222 228

Dias de Operação

DQ

O (

mg

/L)

ATET

61

A variação da DQOT efluente foi maior no biorreator Controle, chegando a

valores próximos a 800 mg/L. Já o biorreator Teste apresentou menores oscilações,

tendo 398 mg/L como o valor máximo da DQOT efluente.

Os maiores valores da DQOT efluente do biorreator Controle podem ser

explicados pela presença de alta concentração de gordura acumulada no interior deste,

já que este material, segundo Omil et al. (2003), é de difícil degradação pelo consórcio

microbiano anaeróbio, necessitando de maiores tempos de retenção hidráulica para sua

assimilação. Em sistemas de tratamento aeróbios, as bactérias apresentam metabolismo

mais rápido, o que pode facilitar a assimilação das gorduras mas, ainda assim, estas

podem, quando em altos teores, acumular no sistema de tratamento, envolvendo os

flocos e dificultando a transferência de oxigênio (MONGKOLTHANARUK et al.,

2002).

As eficiências de remoção de DQOT nos dois biorreatores estão apresentadas na

Figura 4.9.

Figura 4.9: Eficiência de remoção de DQOT nos biorreatores durante o período de

choques quinzenais (indicados pelas setas em vermelho).

0

20

40

60

80

100

168 174 180 186 192 198 204 210 216 222 228

Dias de Operação

% R

em

oção

Controle

Teste

62

Observaram-se menores variações de eficiência no biorreator Teste, sendo o

valor médio de remoção de 89 ± 4%, contra 81 ± 10% obtidos para o biorreator

Controle. Novamente, o biorreator Teste apresentou maior estabilidade na remoção de

DQOT, com DP de 5%, contra 12,3% para o biorreator Controle.

4.3.4. Choques semanais

Foram realizados choques semanais com duração de duas, oito e dezesseis horas.

A fim de facilitar a discussão, os choques semanais serão subdivididos em função de

sua duração.

4.3.4.1. Choques semanais com duas horas de duração

Foram feitos seis choques semanais com duas horas de duração. Os valores

médios da DQOT afluente e efluente dos biorreatores nesta etapa são apresentados na

Tabela 4.6. Enquanto a variação da DQOT afluente e efluente dos biorreatores ao longo

do tempo pode ser visualizada nas Figuras 4.10 e 4.11.

63


período de choques semanais.


Choques Semanais (2h)

Média DP


T 1763 249


T 181 99


choques semanais (indicados pelas setas em vermelho).

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

228 233 238 243 248 253 258 263 268

Dias de Operação

DQ

O (

mg

/L)

ACEC

64


semanais (indicados pelas setas em vermelho).

Das Figuras 4.10 e 4.11 pode-se constatar a menor estabilidade do biorreator

Controle na remoção da DQOT. Isto pode ainda ser confirmado pelos valores máximos e

mínimos e pela eficiência de remoção da DQOT nos sistemas de tratamento. O valor

máximo da DQOT foi de 1028 mg/L no biorreator Controle e de 386 mg/L no biorreator

Teste. O valor mínimo da DQOT foi de 76 mg/L para o biorreator Controle e de 59

mg/L para o biorreator Teste.

As eficiências de remoção de DQOT nos dois biorreatores, durante o período

compreendido entre os choques de carga semanais de duas horas de duração, estão

representadas na Figura 4.12. A eficiência média de remoção foi de 83 ± 14% e 90 ±

5% para os biorreatores Controle e Teste, respectivamente.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

228 233 238 243 248 253 258 263 268

Dias de Operação

DQ

O (

mg

/L)

ATET

65


choques semanais (indicados pelas setas em vermelho).

Nesta condição de operação é evidente o efeito da adição do PES sobre a

estabilidade operacional do biorreator Teste, que apresentou desvios-padrão para a

eficiência de remoção de DQOT 50% menores que os do biorreator Controle. Isto pode

ser explicado pelo fato das lipases agirem diretamente sobre o material gorduroso,

reduzindo o tamanho das partículas (até sua total solubilização) e deixando-o mais

facilmente acessível para o consórcio microbiano, o que não ocorre com o biorreator

Controle, em que a matéria orgânica é constituída por partículas maiores em relação ao

efluente contendo enzimas, dificultando sua assimilação (MASSE et al., 2001).

4.3.4.2. Choques semanais de oito horas de duração

Foram realizados três choques semanais com oito horas de duração. Os valores

médios da DQOT afluente e efluente dos biorreatores nesta etapa estão representados na

0

20

40

60

80

100

228 233 238 243 248 253 258 263 268

Dias de Operação

% R

em

oção

Controle

Teste

66

Tabela 4.7. A variação da DQOT afluente e efluente dos biorreatores ao longo do tempo

pode ser visualizada nas Figuras 4.13 e 4.14. Já as eficiências de remoção de DQOT nos

dois biorreatores estão representadas na Figura 4.15.


período de choques de 8 horas.


Choques Semanais (8 horas)

Média DP


T 1647 220

C 217 180 DQO

Efluente T 109 86


choques de 8 horas (indicados pelas setas em vermelho).

0

500

1000

1500

2000

2500

270 272 274 276 278 280 282 284 286 288 290

Dias de Operação

DQ

O (

mg

/L)

ACEC

67


de 8 horas (indicados pelas setas em vermelho).



0

500

1000

1500

2000

2500

270 274 278 282 286 290

Dias de Operação

DQ

O (

mg

/L)

ATET

0

20

40

60

80

100

270 274 278 282 286 290

Dias de Operação

% R

em

oção

Controle

Teste

68

Mesmo tendo-se aumentado o período de duração dos choques de 2 para 8 horas,

o biorreator Teste apresentou menores oscilações na remoção da DQOT (93 ± 6%),

diferente do biorreator Controle (87 ± 11% de remoção de DQOT).

4.3.4.3. Choques semanais de dezesseis horas de duração

Foram realizados três choques semanais com dezesseis horas de duração. Os

valores médios da DQOT afluente e efluente dos biorreatores nesta etapa estão

representados na Tabela 4.8.


período de choques de 16 horas.


Choques Semanais (16 horas)

Média DP


T 1737 177

C 223 125 DQO

Efluente T 121 93

A variação da DQOT afluente e efluente dos biorreatores pode ser visualizada

nas Figuras 4.16 e 4.17. Enquanto as eficiências de remoção de DQOT nos dois

biorreatores estão representadas na Figura 4.18.

69




de 16 horas (indicados pelas setas em vermelho).

0

500

1000

1500

2000

2500

291 295 299 303 307 311

Dias de Operação

DQ

O (

mg

/L)

ACEC

0

500

1000

1500

2000

2500

291 295 299 303 307 311

Dias de Operação

DQ

O (

mg

/L)

ATET

70



Com o aumento do período de duração dos choques para 16 horas, o biorreator

Teste continuou apresentando menores oscilações na remoção da DQOT, com eficiência

média de 93 ± 5%. Já para o biorreator Controle a eficiência média de remoção da

DQOT foi de 86 ± 8%. Isto pode comprovar a eficácia do uso de enzimas como

auxiliares no tratamento de efluentes.

Caso o choque se prolongasse por mais 8 horas, os biorreatores passariam a

receber uma alimentação com elevado teor de gorduras continuamente. No trabalho de

Rosa (2004), este tipo de operação foi avaliado sob condições similares às empregadas

neste trabalho, só que com teores de até 800 mg O&G/L na alimentação e com uma

etapa de pré-hidrólise enzimática com 0,1% (m/v) de torta fermentada (atividade

lipásica de 29 U/g), a 30ºC e durante 24 horas. O teor de 800 mg O&G/L não causou

colapso nos biorreatores devido ao elevado tempo de retenção hidráulica utilizado (20

h), visto que as remoções médias de DQO nos biorreatores Controle e Teste (alimentado

com efluente previamente hidrolisado) foram de 80 ± 8 % e 90 ± 6%, respectivamente.

0

20

40

60

80

100

291 295 299 303 307 311

Dias de Operação

% R

em

oção

Controle

Teste

71

Os valores de eficiência de remoção de DQO são próximos aos obtidos neste

trabalho, indicando que não há necessidade de uma etapa de pré-hidrólise enzimática

como aplicado no trabalho de Rosa (2004). A adição do PES no próprio meio de

alimentação ou no biorreator, em quantidade tal que a concentração no reator

permaneça a mesma da aplicada na etapa de pré-hidrólise, pode surtir efeitos tão bons

quanto os obtidos com efluente previamente hidrolisado. Tal procedimento pode

resultar em custos operacionais mais baixos, tendo em vista que não há necessidade de

um tanque separado com agitação e controle de temperatura e pH para a pré-hidrólise.

Outros pesquisadores estudaram o efeito da adição direta de um pool enzimático

(lipase, celulase e protease) em um reator anaeróbio para aumentar a hidrólise dos

componentes a serem tratados, mas não obtiveram diferenças entre o tratamento sem

enzimas (controle) e com enzimas, indicando que a adição de enzimas diretamente no

reator anaeróbio não trouxe nenhuma vantagem operacional (MASSE et al., 2001). Por

outro lado, Cail et al. (1986, apud MASSE et al., 2001) observaram que um pré

tratamento hidrolítico com o mesmo pool elevava os níveis de remoção de matéria

orgânica. Estes resultados aparentemente contraditórios podem estar relacionados à

utilização, pelos autores, de lodos com diferentes graus de adaptação e efluentes de

diferentes origens e características.

Jeganathan et al. (2006) observou um acréscimo na DQO solúvel quando se

utilizava enzimas no tratamento de efluentes de indústria de ração animal. Segundo o

autor, isto ocorria devido à solubilização das partículas de gordura através da ação da

hidrólise enzimática. Já Mendes et al.(2006) conseguiram remoções de DQO maiores

que 70% no tratamento anaeróbio de efluentes de laticínios utilizando enzimas numa

etapa de pré-hidrolise. A eficiência, neste caso, deve-se provavelmente à fração de

lipídios removida pela atividade enzimática da lipase utilizada (de pâncreas suíno),

promovendo a redução da matéria orgânica e o incremento da produção de biogás.

72

Estatisticamente ficou comprovado que ambos os biorreatores recebiam a

mesma alimentação (à exceção dos períodos de choque), apesar de algumas flutuações

que ocorriam na simulação do efluente de laticínio, devido a heterogeneidade da

gordura adicionada ao mesmo (Tabela 4.9). Pôde-se observar também que os

biorreatores Controle e Teste apresentaram diferenças significativas no valor de DQOT

efluente a partir dos choques de gordura, como pode ser visualizado na Tabela 4.10.

Tabela 4.9: Análise estatística da DQOT afluente aos biorreatores Controle e Teste.

Média Controle

Média Teste

Desvio Padrão

Controle

Desvio Padrão Teste

Graus de liberdade

t p

Sem gordura 2234 2277 293 302 110 -0,773 0,4414 400 mg/L 2613 2694 479 404 38 -0,577 0,5674 1 choque 2897 2970 493 480 46 -0,519 0,6065 Choques quinzenais 1858 1819 185 220 78 0,862 0,3911 Choques semanais 2h 1764 1763 301 249 52 0,019 0,9845 Choque 8 horas 1620 1647 207 220 24 -0,319 0,07524 Choque 16 horas 1686 1736 178 177 26 -0,761 0,4530

De acordo com o teste utilizado (“t” de Student) pode se observar os valores de

“p” maiores que 0,05 para todos os regimes estudados, o que significa que,

estatisticamente não houve diferença entre a DQOT de alimentação dos biorreatores

Controle e Teste, com 95% de confiança.

Tabela 4.10: Análise estatística da DQOT efluente aos biorreatores Controle e Teste.

Média Controle

Média Teste

Desvio Padrão

Controle


Graus de liberdade

t p

Sem gordura 221 211 178 161 110 0,304 0,7613 400 mg/L 223 204 116 148 38 0,440 0,6625 1 choque 245 350 206 152 46 -2,019 0,0493 Choques quinzenais 358 198 185 81 78 4,990 0,000004 Choques semanais 2h 305 181 251 99 52 2,401 0,0199 Choque 8 horas 217 109 180 86 24 1,934 0,0649 Choque 16 horas 223 121 125 93 26 2,453 0,0212

73

Novamente, de acordo com o teste “t” de Student pode se observar os valores

de “p” menores que 0,1 para os regimes estudados após os choques, significando que,

estatisticamente com 90% de confiança, houve diferença entre a DQOT efluente dos

biorreatores Controle e Teste.

4.4. Turbidez

A turbidez está relacionada ao espalhamento de um feixe de luz ao atravessar o

efluente, conferindo uma aparência turva ao mesmo. Isto se deve aos sólidos em

suspensão, principalmente pela presença de bactérias dispersas no efluente dos

biorreatores.

Os valores médios e os desvios-padrão da turbidez observados no efluente dos

biorreatores são apresentados na Tabela 4.11.

Tabela 4.11: Valores médios e desvios-padrão da turbidez no efluente dos biorreatores

Controle e Teste, nos períodos estudados.

Turbidez (valores médios) Regime Choques Mensal Quinzenais Semanais

Sem Gordura 400 mg/L 2h 2h 2h 8h 16h

Turbidez C 50 ± 48 77 ± 74 87 ± 91 159 ± 106 89 ± 103 100 ± 121 109 ± 87

(FTU) T 67 ± 73 66 ± 77 144 ± 82 75 ± 62 76 ± 64 22 ± 12 44 ± 46

Menores valores de turbidez foram observados no efluente do biorreator Teste a

partir dos choques quinzenais, principalmente quando se aumentou a duração dos

períodos de choque de 2 para 8 e 16 horas. Estes resultados mostraram a melhor atuação

do biorreator Teste face aos choques de carga, em função do pool enzimático propiciar a

74

formação de flocos biológicos mais densos, aumentando a concentração de biomassa no

biorreator e reduzindo a concentração de células suspensas no efluente tratado.

A turbidez no efluente do biorreator Teste foi consideravelmente maior que a do

efluente do biorreator Controle após o choque mensal por que neste período foram

observados alguns problemas operacionais, provavelmente decorrentes do aumento da

relação F/M, que ficou acima do recomendado pela literatura (VON SPERLING, 1997).

Neste período, foram freqüentes a má sedimentabilidade do lodo e a conseqüente perda

de microrganismos dispersos junto com o efluente tratado, aumentando os valores de

turbidez.

4.5. Sólidos Suspensos Totais (SST), Fixos (SSF) e Voláteis (SSV) no Licor Misto.

Todos os contaminantes da água residuária, com exceção dos gases dissolvidos,

contribuem para a carga de sólidos. Os Sólidos Suspensos são separados dos demais

devido a uma de suas características físicas: o tamanho (BOTELHO, 2003).

Os Sólidos Suspensos Totais podem ser definidos como o material que

permanece como resíduo após evaporação a 103ºC. Se este resíduo é calcinado a 600ºC,

as substâncias orgânicas volatilizam e as minerais permanecem na forma de cinzas,

compondo-se assim os Sólidos Suspensos Voláteis e os Sólidos Suspensos Fixos

(JORDÃO e PESSÔA, 1995).

75

As concentrações médias e os desvios-padrão de Sólidos Suspensos Totais

(SST), Fixos (SSF) e Voláteis (SSV) no Licor Misto podem ser observados na Tabela

4.12.

Tabela 4.12 Valores médios e desvios-padrão dos Sólidos Suspensos Totais (SST),

Fixos (SSF) e Voláteis (SSV) no Licor Misto (LM).

Sólidos Suspensos – Totais, Fixos e Voláteis no Licor Misto

Regime Choques

Sem Gordura

400 mgO&G/L Mensais Quinzenais Semanais

Duração dos Choques (h) - - 2 2 2 8 16

SSF-LM C 350± 177 214± 68 231± 38 118± 85 225± 60 117± 63 175 ± 6

(mg/L) T 313± 153 315± 110 318± 121 131± 37 219± 55 147± 75 174± 51

SSV-LM C 3304± 1392 2732± 693 2764± 471 1711± 869 2600± 678 1851± 1150 2537± 497

(mg/L) T 2938± 532 3447± 840 3705±1336 2208± 453 3240± 846 3119± 1503 2262± 333

SST-LM C 3654±1480 2946± 745 2996± 483 1829± 934 2825± 732 1968± 1208 2712± 503

(mg/L) T 3251± 583 3763± 946 4023±1453 2338± 484 3460± 891 3266± 1542 2437±354

De acordo com os resultados, pode-se perceber que mais de 90% dos Sólidos

Suspensos Totais são voláteis. O conhecimento da fração de Sólidos Suspensos Voláteis

apresenta particular interesse nos processos de lodos ativados para se conhecer a

concentração de biomassa presente nos biorreatores. Valores elevados de SSV dentro do

biorreator (Licor Misto) indicam que a biomassa cresce de maneira favorável, pois têm

capacidade de metabolizar os nutrientes de forma adequada (ROSA, 2004).

Caberia aqui uma análise da evolução da relação SSV/SST ao longo do tempo de

operação dos biorreatores. Pode-se alegar que o aumento ou manutenção da

76

concentração de SSV no biorreator pode ser devido ao acúmulo de gordura, mais

acentuado no biorreator Controle, e até mesmo da torta de babaçu, no biorreator Teste,

nos flocos biológicos. No entanto, esta relação não apresenta uma tendência de

crescimento e se mantém entre 0,90 e 0,94 no biorreator Controle e entre 0,90 e 0,93 no

biorreator Teste. Tais valores indicam que o acúmulo de gordura e torta de babaçu não

influem significativamente na determinação da concentração de biomassa, o que pode

ser comprovado pela análise estatística utilizando-se o teste “t” de Student, com 95% de

confiança, apresentado na Tabela 4.13.

Tabela 4.13. Análise estatística da relação SSVLM/SSTLM ao longo da operação.

Média Controle

Média Teste

Desvio Padrão

Controle


Graus de liberdade

t p

Sem gordura 0,90 0,90 0,050 0,040 22 -0,219 0,828 400 mg/L 0,93 0,92 0,017 0, 009 12 1,296 0,219 1 choque 0,92 0,92 0,016 0,007 8 0,098 0,924 Choques quinzenais 0,94 0,94 0,028 0,009 16 -0,638 0,532 Choques semanais 2h 0,92 0,94 0,009 0,010 10 -3,049 0,012 Choque 8 horas 0,94 0,95 0,012 0,019 4 -0,935 0,403 Choque 16 horas 0,93 0,93 0,009 0,019 4 0,494 0,647

De acordo com o teste “t” de “Student” pode se observar que os valores de “p”

, com exceção do regime compreendido entre os choques semanais de duas horas de

duração são maiores que 0,05, significando que, estatisticamente, não houve diferença

entre a relação SSVLM/SSTLM dos biorreatores Controle e Teste, com 95% de

confiança.

Ao longo de sua operação, o biorreator Teste (2964 ± 904 mgSSV/L) apresentou

maior estabilidade na concentração de SSV comparado ao biorreator Controle (2595 ±

1082 mgSSV/L). Isto por que ocorreu um maior acúmulo de gordura no biorreator

Controle, ocasionando entupimentos mais freqüentes da saída do sedimentador e

fazendo com que houvesse vazamentos e conseqüente perda de biomassa.

77

Rosa (2004) também observou oscilações na quantidade de SSVLM nos

biorreatores de lodos ativados sendo que no regime de 800 mgO&G/L foi observado um

aumento na quantidade dos SSVLM (3357 ± 995) no biorreator que recebia alimentação

pré-hidrolisada, o que não ocorreu com o biorreator Controle (2023 ± 382). De acordo

com a autora, isto ocorreu porque os microrganismos do biorreator alimentado com

efluente previamente hidrolisado conseguiram uma melhor adaptação ao longo do

regime quando comparados aos do biorreator Controle.

4.6. Relação Alimento/Microrganismo (F/M) e idade do lodo

A relação alimento/microrganismo (F/M) baseia-se no conceito de que a

quantidade de alimento disponível por unidade de massa dos microrganismos está

relacionada à eficiência do sistema de tratamento. A idade do lodo é o tempo médio que

o mesmo permanece no sistema de tratamento. Os valores médios e os desvios-padrão

da relação F/M e da idade do lodo estão apresentados na Tabela 4.14.

Tabela 4.14: Valores médios e desvios-padrão da relação F/M e idade do lodo nos

diferentes períodos estudados.

Relação F/M e idade do lodo (Valores médios)

Regime Choques

Sem Gordura


Duração dos Choques (h) - - 2 2 2 8 16

F/M C 0,7 ± 0,3 1,0 ± 0,3 0,9 ± 0,3 1,2 ± 0,6 0,7 ± 0,2 1,0 ± 0,5 0,6 ± 0,2

(mgDQO/mgSVS.d) T 0,7 ± 0,2 0,8 ± 0,3 0,8 ± 0,3 0,8 ± 0,3 0,5 ± 0,1 0,6 ± 0,4 0,7 ± 0,3

Idade do Lodo C 29 17 16 6 19 11 15

(d) T 21 23 14 15 31 35 22

78

O biorreator Teste apresentou, em geral, menores variações na relação F/M

desde o início da operação, exceto quando começaram os choques semanais de 8 horas,

devido ao rompimento da mangueira da linha de reciclo do biorreator, o que acarretou

uma perda significativa de biomassa (lodo sedimentado) e consequentemente um

aumento da relação F/M, já que a DQOT foi mantida. O biorreator Controle apresentou

maiores oscilações devido aos freqüentes vazamentos ocasionados, na maioria das

vezes, pelo acúmulo de gordura na corrente de saída do biorreator e no transbordamento

do tanque de aeração, o que acarretava em perda de biomassa e conseqüente diminuição

da idade do lodo.

O biorreator Teste apresentou maior idade do lodo quando comparado ao

biorreator Controle, provavelmente devido a maior concentração de biomassa presente

neste biorreator. Mesmo sendo retirado o mesmo volume de lodo periodicamente dos

dois biorreatores, a concentração de biomassa no biorreator Teste aumentava mais

rapidamente, denotando uma maior taxa de crescimento dos microrganismos em função

da maior disponibilidade de substratos prontamente biodegradáveis. Além disto, a

presença de gordura não hidrolisada no biorreator Controle também levava a uma maior

perda de biomassa, como comprovado pelos maiores valores de turbidez no efluente

deste biorreator.

4.7. Óleos e Graxas (O&G) no Lodo dos Biorreatores

As concentrações médias de O&G no lodo dos biorreatores Controle e Teste, nos

diferentes períodos estudados, estão apresentadas na Figura 4.19.

79

0

10

20

30

40

50

60

70

80

400 mg/L 1º choque Quinzenais Semanais 2h Semanais 8h Semanais16h

O&

G(%

)

ControleTeste

Figura 4.19: Concentrações de O&G (%) e desvios-padrão no lodo dos biorreatores

Controle e Teste.

O efeito da adição do PES durante os choques de gordura pode ser melhor

avaliado através das análises de gordura acumulada nos flocos de lodo ativado.

Observa-se que, ao longo da operação, no biorreator Controle o aumento do teor de

O&G no lodo, bem como o desvio-padrão, foram maiores que no biorreator Teste.

Apesar dos valores apresentados, a análise estatística não mostrou diferenças

significativas entre os dois tratamentos, provavelmente devido ao alto desvio-padrão

encontrado e o número reduzido de análises. Somente nos choques semanais de 16

horas de duração é que pode-se afirmar que, com 90% de confiança, o acúmulo de O&G

no biorreator Controle foi maior que no biorreator Teste, como pode ser observado na

Tabela 4.15.

Tabela 4.15: Resumo da análise estatística do teor de O&G acumulados no lodo dos

biorreatores Controle e Teste após os choques de gordura.

Média Controle

(%)

Média Teste (%)

Desvio Padrão

Controle


Graus de liberdade

t p

Choques quinzenais 19,67 6,33 12,42 3,21 4 1,80 0,146 Choques semanais 2h 26,56 14,10 30,92 18,23 6 0,695 0,513 Choque semanais 8 h 42,03 16,30 29,7 12,85 3 1,377 0,240 Choque semanais 16 h 56,43 16,57 26,64 3,85 3 2,565 0,062

80

Segundo Lefebvre et al.(1998), o acúmulo de gordura nos flocos de lodo ativado

prejudica a transferência de oxigênio dissolvido para a biomassa devido ao filme

lipídico que é criado na interface lodo/água. Altos teores de gordura causam uma

diminuição na eficiência de tratamento do efluente, proliferação de microrganismos

filamentosos e problemas na sedimentação do lodo.

Jung (2002) observou que nos flocos de lodo do reator de lodo ativado em

batelada que recebia efluente bruto com 800 mgO&G/L, o acúmulo de gordura nos

flocos foi três vezes maior que o teor de O&G acumulados no reator que recebia um

efluente previamente hidrolisado. Rosa (2004) também encontrou taxa de acúmulo 1,7

vezes maior no biorreator Controle, durante a operação de lodos ativados de

alimentação contínua tratando efluente de laticínios, quando comparado ao biorreator

que recebia efluente pré–hidrolisado enzimaticamente. O acúmulo de gordura no lodo

dos biorreatores foi crescente, conforme foi aumentado o teor de O&G no afluente. Este

acúmulo menor no biorreator com efluente previamente hidrolisado, segundo ambos

autores, indica a presença de matéria orgânica prontamente metabolizável,

proporcionada pela etapa de pré-hidrólise, diminuindo o acúmulo de gordura nos flocos

de lodo, visto que a etapa limitante da degradação dos lipídeos pelos microrganismos é

a sua hidrólise (HRUDEY, 1980). Resultados semelhantes foram obtidos neste trabalho,

não havendo necessidade de uma etapa de pré-hidrolise enzimática do efluente,

conforme recomendado por Jung (2002) e Rosa (2004).

4.8. Índice Volumétrico de Lodo (IVL)

A sedimentabilidade do lodo é um dado importante para o controle operacional

dos sistemas de tratamento por lodos ativados. Isto por que lodos que apresentam boa

sedimentabilidade permitem o descarte de efluentes mais clarificados e lodos de retorno

81

mais adensados (concentrados) para o tanque de aeração. Nestas condições, pode-se

adotar o conceito do Índice Volumétrico de Lodo (IVL) que, por definição, é o volume

ocupado por 1 g de lodo após uma decantação de 30 minutos (VON SPERLING, 1997).

Os valores médios e os desvios-padrão do IVL estão apresentados na Tabela 4.16.

Tabela 4.16: Valores médios e desvios-padrão do índice volumétrico de lodo.

IVL (Valores médios)

Regime Choques

Sem Gordura


Duração dos Choques (h)

– – 2 2 2 8 16

IVL C – – 225 ± 187 324 ±248 163 ± 53 184 ± 128 159 ± 77

(mL/g) T – – 183 ± 136 217 ± 136 136 ± 83 63 ± 3 77 ± 21

De acordo com Metcalf e Eddy (1991), lodos com IVL compreendidos entre 35

e 150 mL/g apresentam boa sedimentabilidade.

As análises de IVL só foram realizadas após o início dos choques de gordura, já

que em trabalhos anteriores realizados pelo grupo de pesquisa em Tratamento

Biológico/Enzimático de efluentes contendo altos teores de O&G foi verificado que

efluentes contendo até 400 mgO&G/L não dificultavam a compactação nem a

sedimentação dos flocos.

Os valores médios de IVL obtidos no biorreator Controle ultrapassaram a faixa

de valores recomendada pela literatura para lodos com boa sedimentabilidade. Já o

biorreator Teste, a partir dos choques semanais apresentou resultados dentro da faixa

adequada. Tal resultado se deve, provavelmente, ao maior acúmulo de O&G nos flocos

do lodo do biorreator Controle, já que a gordura tem baixa densidade, tendendo a flotar,

e consequentemente dificultando a sedimentabilidade dos flocos.

82

Jung (2002) observou que teores de até 400 mgO&G/L de gordura na

alimentação de reatores de lodo ativado em batelada não afetavam a sedimentabilidade.

Ao se aumentar este valor para 600 mgO&G/L o valor médio do IVL no biorreator

Controle (127 ± 39 mL/g) foi praticamente o dobro do obtido no biorreator Hidrolisado

(65 ± 4 mL/g), o que indica a alteração na velocidade de sedimentação, provavelmente

devido a presença de material gorduroso. No regime de 800 mgO&G/L, o biorreator

Controle entrou em colapso, apresentando péssimas condições de sedimentabilidade do

lodo, ficando com valores do IVL acima dos recomendados pela literatura (80 a 120

mL/g para Ramalho, 1991 e/ou 35 a 150 mL/g para Metcalf e Eddy, 1991).

Rosa (2004) também observou valores de IVL obtidos nos biorreatores Controle

e Hidrolisado, nos regimes sem gordura e com 400 mg O&G/L, bem próximos e dentro

da faixa recomendada pela literatura. No regime com 600 mg O&G/L os valores de IVL

obtidos no biorreator Controle (238 ± 10 mL/g) ultrapassaram os limites de boa

sedimentação do lodo, enquanto que no biorreator Hidrolisado este valor manteve-se

dentro da faixa adequada (110 ± 21 mL/g). Entretanto, no regime de 800 mg O&G/L, os

biorreatores Controle e Hidrolisado apresentaram valores de IVL bem próximos e

maiores do que os limites que indicam uma boa sedimentação. Segundo a autora,estudos

realizados em efluentes de indústria de laticínios mostram que é comum ocorrer

problemas como a formação de “bulking”, espuma, crescimento de microrganismos

filamentosos, má sedimentação, baixas concentrações de oxigênio dissolvido nos

tanques de lodo ativado e altos níveis de sólidos em suspensão no efluente tratado,

indicando a má qualidade do efluente após tratamento (DANALEWICH et al., 1998).

Além disso, neste regime (800 mg O&G/L), possivelmente, os problemas de

sedimentação relacionados com a proliferação de bactérias filamentosas, transferência

deficiente de oxigênio e a carência de matéria orgânica efetivamente metabolizável pelo

consórcio microbiano afetaram a sedimentabilidade do lodo.

83

4.9. Choques de gordura

Nas Tabelas 4.17 e 4.18 estão apresentados os parâmetros que caracterizam os

meios de alimentação durante os choques de gordura nos biorreatores Controle e Teste.

Tabela 4.17: Resumo das condições dos meios de alimentação durante os choques de

gordura no biorreator Controle.

CONTROLE

Dia de DQO Vazão O&G Ácidos Livres (µmolAL/mL) Choques

Operação (mg/L) (mL/min) (mg/L) Inicial Final ∆

*

Média 3652 2,5 1137 1,4 1,7 0,3 DP 1229 0,1 24 0,1 0,5 0,3

Mensal 129 4521 2,5 1120 1,3 1,4 0,0 Quinzenal 170 4783 2,5 1470 2,2 2,4 0,2 Quinzenal 185 5392 2,5 1470 2,0 2,1 0,2 Quinzenal 200 4638 2,5 1255 1,5 1,5 0,1 Quinzenal 215 3383 2,7 1255 1,4 1,5 0,1

Semanal 2h 229 2142 2,5 1496 1,8 2,0 0,2 Semanal 2h 236 2700 2,7 1496 1,9 2,0 0,1 Semanal 2h 243 2542 2,7 1496 1,6 1,6 0,0 Semanal 2h 251 3850 2,7 1496 1,8 2,0 0,1 Semanal 2h 258 3733 2,2 1496 2,0 2,2 0,1 Semanal 2h 265 4033 2,6 1354 1,3 1,4 0,1 Semanal 8 h 272 2558 2,5 1354 1,9 2,0 0,1 Semanal 8 h 279 3383 2,5 1252 1,8 1,8 0,1 Semanal 8 h 287 3142 2,6 1252 1,3 1,4 0,1 Semanal 16 h 293 4138 2,5 1268 1,0 1,2 0,2 Semanal 16 h 300 2650 2,5 1154 1,5 1,6 0,1 Semanal 16 h 308 2783 2,4 1154 1,5 2,0 0,5

* = final – inicial.

84

Tabela 4.18: Resumo das condições dos meios de alimentação durante choques de

gordura no biorreator Teste.

TESTE

Dia de DQO Vazão O&G Ácidos Livres (µmolAL/mL)

Choques: Operação (mg/L) (mL/min) (mg/L) Inicial Final ∆*

Média 5543 2,5 1137 4,7 8,1 3,4 DP 2864 0,1 24 4,0 5,1 1,1

Mensal 129 7568 2,5 1120 7,5 11,7 4,2 Quinzenal 170 8238 2,5 1470 4,2 9,0 4,9 Quinzenal 185 6625 2,5 1470 5,5 8,2 2,7 Quinzenal 200 7692 2,5 1255 5,6 8,1 2,5 Quinzenal 215 9392 2,7 1255 6,4 9,3 2,9

Semanal 2h 229 8883 2,5 1496 6,1 8,8 2,7 Semanal 2h 236 6900 2,7 1496 6,6 9,1 2,5 Semanal 2h 243 8933 2,7 1496 8,5 10,1 1,6 Semanal 2h 251 10388 2,7 1496 8,2 11,3 3,1 Semanal 2h 258 10658 2,2 1496 8,0 9,4 1,4 Semanal 2h 265 10258 2,6 1354 7,8 9,1 1,3 Semanal 8 h 272 5950 2,5 1354 7,6 8,7 1,1 Semanal 8 h 279 4075 2,5 1252 2,4 5,1 2,7 Semanal 8 h 287 4725 2,6 1252 2,3 4,9 2,7 Semanal 16 h 293 4200 2,5 1268 2,21 4,5 2,3 Semanal 16 h 300 3425 2,5 1154 2,15 4,6 2,5 Semanal 16 h 308 3517 2,4 1154 2,0 4,5 2,6

* = final – inicial.

A DQOT média afluente do biorreator Controle durante os choques foi menor

que a DQOT média do biorreator Teste. Isto pode ser explicado pela presença de

material orgânico (esporos, hifas e metabólitos produzidos pelo fungo, além do

substrato (melaço) e nutrientes residuais da FMS) da torta de babaçu fermentada, uma

vez que a mesma era introduzida no reator junto com a alimentação durante os choques

de gordura.

A concentração média de óleos e graxas foi de 1137 ± 24 mgO&G/L, ficando

próxima ao valor planejado (1200 mgO&G/L).

85

A eficiência da capacidade catalítica das enzimas presentes na gordura

adicionada ao efluente (biorreator Controle) e no PES (biorreator Teste) foi avaliada

através da determinação do teor de ácidos totais liberados durante os choques. Eram

retiradas, em duplicata, alíquotas de 20 mL da alimentação dos biorreatores no início a

ao término dos choques. Pode-se notar que o teor de ácidos totais liberados no afluente

do biorreator Teste foi cerca de 10 vezes maior que o teor encontrado no afluente do

biorreator Controle. Isto pode comprovar a atividade enzimática ocorrida durante os

choques de gordura no biorreator Teste. Jung et al. (2002) obtiveram, para a

concentração de 800 mgO&G/L na alimentação, valores de ácidos livres liberados em 8

horas de hidrolise enzimática cerca de dez vezes maiores (∆t = 22,1µmol AL/mL) que os

valores encontrados neste trabalho para as mesmas 8 horas (∆médio = 2,17 µmol

AL/mL), mas semelhante ao encontrado por Rosa (2004) para o mesmo teor de gordura,

só que com 24 horas de duração de hidrólise (21,4 µmol AL/mL).

Considerando que o efluente introduzido no biorreator Teste está somente

parcialmente hidrolisado, como indicam os valores de AL obtidos, os bons resultados

obtidos em termos de remoção de DQO se devem à continuidade da atividade

enzimática sobre as partículas de gordura durante o tempo de permanência do efluente

no biorreator (TRH médio de 24 h). Para lodos ativados operando com TRH mais

baixos (4 – 6 h), provavelmente, o biorreator Teste não teria apresentado uma

capacidade de assimilação tão acentuada. Cabe ressaltar que o biorreator Controle

também apresenta uma boa capacidade de assimilação da gordura alimentada; no

entanto, o acúmulo desta no biorreator é claramente comprovado, levando a problemas

de ordem operacional e comprometendo a estabilidade do biorreator.

86

4.10. Observações microscópicas dos flocos do lodo dos biorreatores

Os flocos biológicos constituem um micro-sistema complexo formado por

bactérias, fungos, protozoários e micrometazoários. As bactérias são as principais

responsáveis pela depuração da matéria carbonácea e pela estruturação dos flocos.

Entretanto, os componentes da microfauna (protozoários e micrometazoários) também

têm importante papel na manutenção de uma comunidade bacteriana equilibrada, na

remoção de coliformes, na redução da DBO5 e na floculação. Por serem extremamente

sensíveis às alterações no processo, os componentes da microfauna alternam-se no

sistema em resposta às mudanças nas condições físico-químicas e ambientais (BENTO

et al., 2005). Foram realizadas observações da macroestrutura dos flocos de lodo

ativado, em microscópio óptico, em campo claro, após os choques de gordura.

4.10.1. Observações microscópicas dos flocos do lodo dos biorreatores após choque

mensal

A Figura 4.20 mostra a estrutura dos flocos nos biorreatores após o primeiro

choque de carga (mensal).

(A) Controle – Aumento: 40x (B) Teste – Aumento: 40x

Protozoários ciliados

87

(C) Controle – Aumento: 100x (D) Teste – Aumento: 100x

Figura 4.20: Fotos em campo claro dos flocos dos biorreatores Controle e Teste após o

choque mensal.

çAs fotos do lodo do biorreator Controle mostram flocos grandes, mas sem

delimitação precisa, com a presença de alguns protozoários ciliados, provavelmente do

genêro Aspidisca. Já as fotos do lodo do biorreator Teste apresentaram flocos mais

densos, bem delimitados, sendo visualizados protozoários ciliados, provavelmente do

gênero Trachellophylum, alguns protozoários fixos como os da espécie Vorticella sp. e

alguns rotíferos, indicando elevada idade do lodo.

4.10.2. Observações microscópicas dos flocos do lodo dos biorreatores após choques

quinzenais.

A Figura 4.21 mostra a estrutura dos flocos nos biorreatores após os choques de

gordura quinzenais.

Rotífero Protozoário fixo

Protozoário ciliados

88




término dos choques quinzenais.

Após término dos choques quinzenais, os biorreatores apresentaram flocos

fragmentados. O biorreator Controle mostrou flocos mais delimitados quando

comparados ao período anterior (choque mensal) e alguns protozoários ciliados,

provavelmente do gênero Trachellophylum. O biorreator Teste apresentou flocos

dispersos, de tamanho irregular e um aumento expressivo de protozoários, sendo os

mais freqüentes, assim como no biorreator Controle, os do gênero Trachellophylum.

Notou-se ainda a ausência de rotíferos e de protozoários fixos. Segundo Sobrinho

89

(1998), os protozoários melhoram a qualidade do efluente, pois se alimentam de

bactérias livres.


semanais com duas horas de duração


gordura semanais com duas horas de duração.




término dos choques semanais com 2 horas de duração.

90

Pode-se observar que, ao término do período dos choques semanais de 2 horas

de duração, os flocos do biorreator Controle estavam bastante fragmentados,

apresentando diferentes tamanhos. Não foram observados protozoários, o que pode ter

contribuído para o aumento da turbidez no período seguinte (choques semanais com 8

horas de duração), uma vez que as fotografias foram tiradas ao término do período dos

choques semanais de 2 horas de duração. Os flocos do biorreator Teste voltaram a

apresentar flocos mais densos, sendo visualizados alguns rotíferos, indicando

novamente uma elevada idade do lodo.


semanais com oito horas de duração


gordura semanais com oito horas de duração.


91




O biorreator Controle apresentou flocos menos fragmentados comparado ao

período anterior. Notou-se a presença de alguns protozoários ciliados e um aumento

expressivo na presença de rotíferos, indicativo de elevada idade do lodo. O biorreator

Teste também apresentou flocos fragmentados e dispersos, de diferentes tamanhos, o

que provavelmente contribuiu para o aumento da turbidez observada no período dos

choques semanais de 16 horas de duração. Foi observada a presença de rotíferos e a

ausência de protozoários, e um aumento de pontos escuros nos flocos que pode ter sido

ocasionado pela adição contínua de torta de babaçu em curtos intervalos de tempo (7

dias).

4.10.5 Observações microscópicas dos flocos do lodo dos biorreatores após choques

semanais com dezesseis horas de duração


gordura semanais com dezesseis horas de duração.

92





Ao término do periodo dos choques semanais com 16 horas de duração o

biorreator Controle estava com o lodo totalmente fragmentado, com pequenas

dimensões. Ainda assim, apresentou alguns rotíferos, indicando novamente idade de

lodo elevada.

O biorreator Teste continuou apresentando flocos fragmentados e dispersos, de

diferentes tamanhos, porém, com melhores características, quando comparados aos do

biorreator Controle. Observou-se a ausência de rotíferos e protozoários ciliados, sendo

notada a presença de protozoários fixos, provavelmente do gênero Vorticella.

93

5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES

5.1. Conclusões

De acordo com os resultados obtidos, pode-se concluir que:

• Mesmo não entrando em colapso com os choques de gordura, o

biorreator Controle apresentou recuperação mais lenta do que o

biorreator Teste e maior acúmulo de gordura nos flocos microbianos no

decorrer de toda a operação.

• O biorreator Teste apresentou menores valores de DQOT no efluente,

principalmente a partir dos choques quinzenais, o que foi

estatisticamente comprovado.

• O biorreator Teste também apresentou menores valores de turbidez no

efluente final, comparado ao reator Controle, a partir dos choques

quinzenais, o que pode ser indicativo de lodo mais estável, com melhores

características de sedimentabilidade e menor quantidade de

microrganismos livres em suspensão no sedimentador.

• O Índice Volumétrico de Lodo (IVL), a partir dos choques semanais,

permaneceu dentro da faixa recomendada pela literatura (IVL ideal = 35

94

a 150 mL/g) no biorreator Teste, o que não foi verificado no biorreator

Controle.

• O biorreator Teste também apresentou menores variações nos parâmetros

analisados quando os intervalos entre os choques foram menores (a partir

dos choques quinzenais), o que evidencia uma maior estabilidade do

sistema quando se utilizou o PES como auxiliar no tratamento biológico.

• O acúmulo de Óleos e Graxas nos flocos do lodo do biorreator Controle

foi visivelmente maior do que o acúmulo nos flocos do biorreator Teste.

• De acordo com as obsercvações microscópicas, pode se observar que a

comunidade microbiana dos sistemas de lodo ativado refletem a

estabilidade do sistema, principalmente em relação a turbidez efluente.

• A adição de PES somente mediante sobrecargas de gordura na

alimentação provou ser uma alternativa viável, pois permitiu manter a

eficiência de remoção de DQOT do biorreator Teste durante mais de 300

dias sem ocorrência de problemas operacionais.

95

5.2. Sugestões

Visando futuras pesquisas relacionadas ao tratamento hídrido

(biológico/enzimático) de efluentes com alto teor de gordura, são citadas, a seguir,

algumas sugestões, tendo em vista os resultados e conclusões obtidos no presente

trabalho:

• Utilização de efluentes reais de laticínios, permitindo assim comparações

mais precisas a respeito do desempenho da utilização de enzimas no

tratamento destes;

• Instalação de sistemas de automação, com a utilização de sensores nos

tanques de alimentação e aeração a fim de que se possam obter dados

constantemente, via “on line” de temperatura, pH e oxigênio dissolvido,

por exemplo, facilitando a operação.

• Avaliação do impacto ambiental causado pelo fungo Penicillium

restrictum em corpos receptores;

• Utilização de métodos mais precisos para determinação de lipídeos

(óleos e graxas) sobretudo os acumulados no lodo aeróbio, como por

cromatografia gasosa.

• Estudo mais detalhado da variação da composição do consórcio

microbiano ao longo do tempo.

96

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ANEXO 1

Curvas de correlação entre turbidez e concentração de SSV no efluente dos biorreatores.

Relação TxSVS

y = 0,5429x

R2 = 0,9959

y = 0,7696x

R2 = 0,9996

020406080

100120140160

0 50 100 150 200

T

SV

S

SVS C

SVS H

Linear (SVS C)

Linear (SVS H)

Adição de Preparado Enzimático Durante Choques de Gordura...

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